[每天一个Unity Shader] 01.卡通风格水波 / 冲击波效果

1 最终效果图

 

 

 

 

 

2 制作过程

2.1 准备圆盘模型

准备一个圆盘模型，拖拽放入场景中

其具有放射状的mesh网格

2.2 编写使用单张材质图的Shader

Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color("Color",Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Tags{"RenderType" = "Opaque" "DisableBatiching" = "True"}

        Pass{

            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"

            struct a2v{
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f{
                float4 pos : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            sampler2D _MainTex;
            half4 _MainTex_ST;
            fixed4 _Color;

            v2f vert(a2v v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
                //o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                half color = tex2D(_MainTex, i.uv);
                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }

编写一个使用一张纹理、不考虑光照计算的shader，新建一个材质，把这个shader赋给该材质

准备如下的一张渐变纹理，拖拽赋予给材质

得到效果如下：

2.3 使用透明度测试剔除片元

    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color("Color",Color) = (1,1,1,1)
        _Thres("Threshold gradient", Range(0.0,1.1)) = 0.0
        _Speed("Speed", Vector) = (1,-1,0,0)
    }

首先修改属性块如下，我们需要一个用于控制剔除的阈值_Thres和控制动画速度的_Speed

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
    half gradient = tex2D(_MainTex, i.uv + _Time.y * _Speed.xy).x;
    clip(gradient -  _Thres);
    return _Color;
}

修改片元着色器如下，我们只取纹理采样颜色的r分量，使用灰度值gradient 减去阈值_Thres作为透明度测试的基准，调用Clip()函数进行透明度测试，其原理如果输入的值<0，该片元将被剔除

同时调用时间函数，通过修改uv来动态采样纹理实现动画，_Speed的x分量控制旋转速度，y分量控制扩散速度

得到的效果如下：

2.4 使用噪声

准备如下噪声纹理

    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color("Color",Color) = (1,1,1,1)
        _NoiseMap("NoiseMap", 2D) = "" {}
        _Thres("Threshold gradient", Range(0.0,1.1)) = 0.0
        _Speed("Speed", Vector) = (0,-1,0,0)
    }

修改属性块，加入一张新纹理用来传入噪声

v2f vert(a2v v)
{
    v2f o;
    o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    o.uv.xy = v.uv * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
    o.uv.zw = v.uv * _NoiseMap_ST.xy + _NoiseMap_ST.zw;
    //o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
    return o;
}

在结构体v2f中修改uv的类型为float4，用zw分量来存储噪声的uv

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
    half gradient = tex2D(_MainTex, i.uv.xy + _Time.y * _Speed.xy).x;
    half noise = 1.0-  tex2D(_NoiseMap, i.uv.zw + _Time.y * _Speed.xy).x;
    clip(gradient - noise -  _Thres);
    return _Color;
}

修改片元着色器，对噪声进行采样后同样取r分量，并使用算式： 灰度值 - 噪声值 - 阈值 来裁剪片元

效果如下：

2.5 边缘优化

在上面的效果中，水波扩散在边缘整齐地消失，显得很生硬，考虑引入一个因子来弱化边缘的强度，使得其边缘消失效果自然一些

考虑用uv实现这个效果，注意到由于圆盘mesh的特性，uv的v分量刚好有放射状的特征，它在圆盘上中心位置最小，边缘位置最大，倒置之后则是中心位置最大，边缘位置最小，正好可以作为边缘的弱化因子

将倒置后的uv的v分量打印下来观察，确实具有这个特征

half gradient = tex2D(_MainTex, i.uv.xy + _Time.y * _Speed.xy).x * (1.0 - i.uv.y);

修改灰度值的计算公式，将倒置后的v分量作为因子乘以纹理采样结果

调节阈值参数，得到最终效果