【OpenGL】Shader实例分析（一）－Wave

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这篇文章主要分析一个Shader，从而感受shader的魅力，并学习相关shader的函数的用法。

先看Shader运行的效果（随着时间移动的波浪，具体效果请参考 https://www.shadertoy.com/view/4dsGzH）：

下面是代码：

 

[cpp] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. Shader "shadertoy/Waves" {  //see https://www.shadertoy.com/view/4dsGzH  
  2.   
  3.     CGINCLUDE    
  4.   
  5.         #include "UnityCG.cginc"                
  6.         #pragma target 3.0    
  7.         struct vertOut {    
  8.             float4 pos:SV_POSITION;    
  9.             float4 srcPos;   
  10.         };  
  11.   
  12.         vertOut vert(appdata_base v) {  
  13.             vertOut o;  
  14.             o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);  
  15.             o.srcPos = ComputeScreenPos(o.pos);  
  16.             return o;  
  17.         }  
  18.   
  19.         fixed4 frag(vertOut i) : COLOR0 {  
  20.   
  21.             fixed3 COLOR1 = fixed3(0.0,0.0,0.3);  
  22.             fixed3 COLOR2 = fixed3(0.5,0.0,0.0);  
  23.             float BLOCK_WIDTH = 0.03;  
  24.   
  25.             float2 uv = (i.srcPos.xy/i.srcPos.w);  
  26.   
  27.             // To create the BG pattern  
  28.             fixed3 final_color = fixed3(1.0);  
  29.             fixed3 bg_color = fixed3(0.0);  
  30.             fixed3 wave_color = fixed3(0.0);  
  31.   
  32.             float c1 = fmod(uv.x, 2.0* BLOCK_WIDTH);  
  33.             c1 = step(BLOCK_WIDTH, c1);  
  34.             float c2 = fmod(uv.y, 2.0* BLOCK_WIDTH);  
  35.             c2 = step(BLOCK_WIDTH, c2);  
  36.             bg_color = lerp(uv.x * COLOR1, uv.y * COLOR2, c1*c2);  
  37.   
  38.             // TO create the waves   
  39.             float wave_width = 0.01;  
  40.             uv = -1.0 + 2.0*uv;  
  41.             uv.y += 0.1;  
  42.             for(float i=0.0; i<10.0; i++) {  
  43.                 uv.y += (0.07 * sin(uv.x + i/7.0 +  _Time.y));  
  44.                 wave_width = abs(1.0 / (150.0 * uv.y));  
  45.                 wave_color += fixed3(wave_width * 1.9, wave_width, wave_width * 1.5);  
  46.             }  
  47.             final_color = bg_color + wave_color;  
  48.   
  49.             return fixed4(final_color, 1.0);  
  50.         }  
  51.   
  52.     ENDCG    
  53.   
  54.     SubShader {    
  55.         Pass {    
  56.             CGPROGRAM    
  57.   
  58.             #pragma vertex vert    
  59.             #pragma fragment frag    
  60.             #pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest     
  61.   
  62.             ENDCG    
  63.         }    
  64.   
  65.     }     
  66.     FallBack Off    
  67. }  

 

下面进行分析：

1. ComputeScreenPos的解析：

用于把三维的坐标转化为屏幕上的点。有两种方式，请参考 官方例子

ComputeScreenPos在UnityCG.cginc文件中定义如下：

 

[csharp] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. // Projected screen position helpers  
  2. #define V2F_SCREEN_TYPE float4  
  3. inline float4 ComputeScreenPos (float4 pos) {  
  4.     float4 o = pos * 0.5f;  
  5.     #if defined(UNITY_HALF_TEXEL_OFFSET)  
  6.     o.xy = float2(o.x, o.y*_ProjectionParams.x) + o.w * _ScreenParams.zw;  
  7.     #else  
  8.     o.xy = float2(o.x, o.y*_ProjectionParams.x) + o.w;  
  9.     #endif  
  10.      
  11.     #if defined(SHADER_API_FLASH)  
  12.     o.xy *= unity_NPOTScale.xy;  
  13.     #endif  
  14.       
  15.     o.zw = pos.zw;  
  16.     return o;  
  17. }  

原理解析（待续）

 

2. 背景的绘制

2.1) fmod用于求余数，比如fmod(1.5, 1.0) 返回0.5；

2.2) step用于大小的比较，step(a,x) :  0 if x<a; 1 if x>=a; 比如: step(1, 1.2), 返回1; step(1, 0.8) 返回0；

2.3) 结合fmod和step可以得到一个虚线的效果。 比如要得到虚线段长度为1的代码如下：

c1 = fmod(x, 2*width); c1=step(width,c1); //其中width为1

那么如果x的范围是［0,1)，c1的值为0；范围为[1,2)，c1的值为1；2为一个周期；

那么fmod起到了制作周期的作用，step计算周期内的0和1；

2.4)把2.3中的知识运用到2维，就可以计算出方块。

lerp函数的用法：lerp( a , b ,f )， f为百分数（取值范围［0，1］）；如果f为0，则lerp返回a，f为1，则返回b。f为0到1之间，就返回a到b之间的值。

代码中的 lerp(uv.x * COLOR1, uv.y * COLOR2, c1*c2); 其中c1和c2的取值不是为1，就是为0，所以就可以变成网格的情况。 背景绘制如下：

3. 波纹的绘制

3.1 ) 坐标的转化

uv = -1.0 + 2.0*uv;  // 把uv的x和y轴压缩到原来的0.5倍后，向右上角移动1个单位。

3.2 )  画一条直线：

由于上面把y轴移动到屏幕的中心，所以屏幕的上半部分为正的，下半部分为负的，代码如下：

 

[csharp] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. wave_width = abs(1.0 / (50.0 * uv.y));  
  2. wave_color = fixed3(wave_width * 1.9, wave_width, wave_width * 1.5);  

其中50.0是用来控制线的宽度的（数值越大，线越细），效果如下：

 

3.3）把直线变为曲线，并使其动起来：

 

[csharp] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. uv.y += (0.07 * sin(uv.x*10 + _Time.y));  
  2. wave_width = abs(1.0 / (50.0 * uv.y));  
  3. wave_color = fixed3(wave_width * 1.9, wave_width, wave_width * 1.5);  

效果如下：

 

3.4）多画几条曲线，形成波浪：

 

[csharp] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. for(float i=0.0; i<10.0; i++) {  
  2.     uv.y += (0.07 * sin(uv.x + i/7.0 +  _Time.y));  
  3.     wave_width = abs(1.0 / (150.0 * uv.y));  
  4.     wave_color += fixed3(wave_width * 1.9, wave_width, wave_width * 1.5);  
  5. }  

最终效果请见文章开头。

 

其实写shader，很多时候都是要通过不断地效果叠加并调试来达到效果。

posted @ 2014-04-18 17:55  酷小卡  阅读(1391)  评论(0)  编辑  收藏  举报