【Unity云消散】理论基础：实现边缘光

超、凢脫俗 2023-09-23 21:46 144阅读 0赞

**写在前面**

既然想要实现云的消散效果，那么边缘光如何计算也是一个重点。

在Unity Shader入门精要的14章，介绍轮廓线渲染就介绍了——**轮廓边检测**，而边缘光也是需要先检测出轮廓边再进行的。

[Unity3D Shader系列之边缘光RimLight][Unity3D Shader_RimLight]

这篇博客给了我很大的启发，引言部分说了为什么花了很长时间把渲染管线、坐标变换这些基础的东西学清楚了，想要实现某种效果的时候还是要重新学习——欠缺算法知识。感觉还是要去主动想实现某种东西再有针对性的学习，这样学习得才更加深刻。

...有些扯远了，这篇文章简简单单实现边缘光，为之后实现云消散做铺垫，当然，卡通渲染边缘光还有很多讲究，包括描边也有很多需要学习的，之后再涉及。

## 1 简单的算法介绍 ##

#### 判断边缘 ####

边缘光跟轮廓线渲染异曲同工，其核心都是找到边缘，而找边缘的算法原理很简单：当视线看向物体边缘的时候，视线与边缘的顶点法线是垂直的（很好理解吧！），那么我们依靠**视线方向和模型面片法线的点积**就能实现边缘判断，所以一切的核心最终凝炼成了：

// 点积
    dot(worldNormal, worldViewDir);

判断是边缘后，叠一层边缘光颜色就行。

## **2 shader中实现** ##

写过一点点shader的或许都有这样一种感觉：有时候明明道理很简单，但在frag里实现时又需要添加一些范围限定的函数（pow/saturate那些），才能得到最终的效果，这里也不例外：

// 1.点积
    dot(worldNormal, worldViewDir);
    // 2.(1 - 点积结果)&&(加个saturate控制到0,1之间) 
    saturate(1 - dot(worldNormal, worldViewDir));

叠加必要的\_RimColor和\_RimIntensity，这样的话在shader中就是：

fixed4 rimLight = _RimColor * saturate(1 - dot(worldNormal, worldViewDir));

Shader中代码：

Shader "Unlit/rim"
    {
        Properties
        {
            _BaseColor ("Base Color", Color) = (0,0,0,0)
            _RimColor ("Rim Color", Color) = (0,0,0,0)
            _RimPower ("Rim Power", Range(0.0001, 5.0)) = 1.0
            _RimIntensity ("Rim Intensity", Range(0, 100.0)) = 1.0
    
        }
        SubShader
        {
            Tags { "RenderType"="Opaque" }
            LOD 100
    
            Pass
            {
                CGPROGRAM
                #pragma vertex vert
                #pragma fragment frag
                // make fog work
                #pragma multi_compile_fog
    
                #include "UnityCG.cginc"
    
                struct appdata
                {
                    float4 vertex : POSITION;
                    float2 uv : TEXCOORD0;
                    float3 normal : NORMAL;
                };
    
                struct v2f
                {
                    float2 uv : TEXCOORD0;
                    float4 vertex : SV_POSITION;
                    float3 worldNormal : TEXCOORD1;
                    float3 worldViewDir : TEXCOORD2;
                };
    
                fixed4 _BaseColor;
    
                fixed4 _RimColor;
                float _RimIntensity;
    
                float _RimPower;
    
                v2f vert (appdata v)
                {
                    v2f o;
                    o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                    o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                    o.worldViewDir = WorldSpaceViewDir(v.vertex);
                    return o;
                }
    
                fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
                {
                    fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
                    fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);
    
                    fixed4 diffuse = _BaseColor;
    
                    fixed4 rimLight = _RimColor * saturate(1 - dot(worldNormal, worldViewDir)) * _RimIntensity;
                    //fixed4 rimLight = _RimColor * pow(saturate(1 - dot(worldNormal, worldViewDir)), 1.0 / _RimPower) * _RimIntensity;
    
                    fixed3 col = diffuse.rgb + rimLight.rgb;
                    return fixed4(col,1.0);
                }
                ENDCG
            }
        }
    }

效果：

![cb96394e2e29446f8e8907b5509cfd1f.png][]

### 衰减效果 ###

原本的效果其实是没有什么衰减而言的，但是边缘光其实应该有个过渡效果，用上pow()就能实现啦。

算上pow：

fixed4 rimLight = _RimColor * pow(saturate(1 - dot(worldNormal, worldViewDir)), 1.0 / _RimPower) * _RimIntensity;

效果：

![4141721b3bb544e686d78b997c5903e8.png][]

[【Cel-Shading】边缘光的实现 | Invictus maneo (x-wflo.github.io)][Cel-Shading_ _ Invictus maneo _x-wflo.github.io] 中有说遇到的问题

[Unity3D Shader_RimLight]: https://blog.csdn.net/sinat_25415095/article/details/123622690?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522167318824616800186542772%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=167318824616800186542772&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduend~default-3-123622690-null-null.142%5Ev70%5Eone_line,201%5Ev4%5Eadd_ask&utm_term=unity%20%E8%BE%B9%E7%BC%98%E5%85%89&spm=1018.2226.3001.4187
[cb96394e2e29446f8e8907b5509cfd1f.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cb96394e2e29446f8e8907b5509cfd1f.png
[4141721b3bb544e686d78b997c5903e8.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/4141721b3bb544e686d78b997c5903e8.png
[Cel-Shading_ _ Invictus maneo _x-wflo.github.io]: https://x-wflo.github.io/2021/08/02/Cel-shading2/