【Unity Shader编程】之十五 屏幕高斯模糊(Gaussian Blur)后期特效的实现

using UnityEngine;
using System.Collections;

//设置在编辑模式下也执行该脚本
[ExecuteInEditMode]
//添加选项到菜单中
[AddComponentMenu("Learning Unity Shader/Lecture 15/RapidBlurEffect")]
public class RapidBlurEffect:MonoBehaviour {
    //-------------------变量声明部分-------------------
    #region Variables

    //指定Shader名称
    private string ShaderName = "Learning Unity Shader/Lecture 15/RapidBlurEffect";

    //着色器和材质实例
    public Shader CurShader;
    private Material CurMaterial;

    //几个用于调节参数的中间变量
    public static int ChangeValue;
    public static float ChangeValue2;
    public static int ChangeValue3;

    //降采样次数
    [Range(0,6), Tooltip("[降采样次数]向下采样的次数。此值越大,则采样间隔越大,需要处理的像素点越少,运行速度越快。")]
    public int DownSampleNum = 2;
    //模糊扩散度
    [Range(0.0f,20.0f), Tooltip("[模糊扩散度]进行高斯模糊时，相邻像素点的间隔。此值越大相邻像素间隔越远，图像越模糊。但过大的值会导致失真。")]
    public float BlurSpreadSize = 3.0f;
    //迭代次数
    [Range(0,8), Tooltip("[迭代次数]此值越大,则模糊操作的迭代次数越多，模糊效果越好，但消耗越大。")]
    public int BlurIterations = 3;

    #endregion

    //-------------------------材质的get&set----------------------------
    #region MaterialGetAndSet
    Material material {
        get {
            if(CurMaterial == null) {
                CurMaterial = new Material(CurShader);
                CurMaterial.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave;
            }
            return CurMaterial;
        }
    }
    #endregion

    #region Functions
    //-----------------------------------------【Start()函数】---------------------------------------------  
    // 说明：此函数仅在Update函数第一次被调用前被调用
    //--------------------------------------------------------------------------------------------------------
    void Start() {
        //依次赋值
        ChangeValue = DownSampleNum;
        ChangeValue2 = BlurSpreadSize;
        ChangeValue3 = BlurIterations;

        //找到当前的Shader文件
        CurShader = Shader.Find(ShaderName);

        //判断当前设备是否支持屏幕特效
        if(!SystemInfo.supportsImageEffects) {
            enabled = false;
            return;
        }
    }

    //-------------------------------------【OnRenderImage()函数】------------------------------------  
    // 说明：此函数在当完成所有渲染图片后被调用，用来渲染图片后期效果
    //--------------------------------------------------------------------------------------------------------
    void OnRenderImage(RenderTexture sourceTexture,RenderTexture destTexture) {
        //着色器实例不为空，就进行参数设置
        if(CurShader != null) {
            //【0】参数准备
            //根据向下采样的次数确定宽度系数。用于控制降采样后相邻像素的间隔
            float widthMod = 1.0f / (1.0f * (1 << DownSampleNum));
            //Shader的降采样参数赋值
            material.SetFloat("_DownSampleValue",BlurSpreadSize * widthMod);
            //设置渲染模式：双线性
            sourceTexture.filterMode = FilterMode.Bilinear;
            //通过右移，准备长、宽参数值
            int renderWidth = sourceTexture.width >> DownSampleNum;
            int renderHeight = sourceTexture.height >> DownSampleNum;

            // 【1】处理Shader的通道0，用于降采样 ||Pass 0,for down sample
            //准备一个缓存renderBuffer，用于准备存放最终数据
            RenderTexture renderBuffer = RenderTexture.GetTemporary(renderWidth,renderHeight,0,sourceTexture.format);
            //设置渲染模式：双线性
            renderBuffer.filterMode = FilterMode.Bilinear;
            //拷贝sourceTexture中的渲染数据到renderBuffer,并仅绘制指定的pass0的纹理数据
            Graphics.Blit(sourceTexture,renderBuffer,material,0);

            //【2】根据BlurIterations（迭代次数），来进行指定次数的迭代操作
            for(int i = 0;i < BlurIterations;i++) {
                //【2.1】Shader参数赋值
                //迭代偏移量参数
                float iterationOffs = (i * 1.0f);
                //Shader的降采样参数赋值
                material.SetFloat("_DownSampleValue",BlurSpreadSize * widthMod + iterationOffs);

                // 【2.2】处理Shader的通道1，垂直方向模糊处理 || Pass1,for vertical blur
                // 定义一个临时渲染的缓存tempBuffer
                RenderTexture tempBuffer = RenderTexture.GetTemporary(renderWidth,renderHeight,0,sourceTexture.format);
                // 拷贝renderBuffer中的渲染数据到tempBuffer,并仅绘制指定的pass1的纹理数据
                Graphics.Blit(renderBuffer,tempBuffer,material,1);
                //  清空renderBuffer
                RenderTexture.ReleaseTemporary(renderBuffer);
                // 将tempBuffer赋给renderBuffer，此时renderBuffer里面pass0和pass1的数据已经准备好
                renderBuffer = tempBuffer;

                // 【2.3】处理Shader的通道2，竖直方向模糊处理 || Pass2,for horizontal blur
                // 获取临时渲染纹理
                tempBuffer = RenderTexture.GetTemporary(renderWidth,renderHeight,0,sourceTexture.format);
                // 拷贝renderBuffer中的渲染数据到tempBuffer,并仅绘制指定的pass2的纹理数据
                Graphics.Blit(renderBuffer,tempBuffer,CurMaterial,2);

                //【2.4】得到pass0、pass1和pass2的数据都已经准备好的renderBuffer
                // 再次清空renderBuffer
                RenderTexture.ReleaseTemporary(renderBuffer);
                // 再次将tempBuffer赋给renderBuffer，此时renderBuffer里面pass0、pass1和pass2的数据都已经准备好
                renderBuffer = tempBuffer;
            }

            //拷贝最终的renderBuffer到目标纹理，并绘制所有通道的纹理到屏幕
            Graphics.Blit(renderBuffer,destTexture);
            //清空renderBuffer
            RenderTexture.ReleaseTemporary(renderBuffer);

        }

        //着色器实例为空，直接拷贝屏幕上的效果。此情况下是没有实现屏幕特效的
        else {
            //直接拷贝源纹理到目标渲染纹理
            Graphics.Blit(sourceTexture,destTexture);
        }
    }


    //-----------------------------------------【OnValidate()函数】--------------------------------------  
    // 说明：此函数在编辑器中该脚本的某个值发生了改变后被调用
    //--------------------------------------------------------------------------------------------------------
    void OnValidate() {
        //将编辑器中的值赋值回来，确保在编辑器中值的改变立刻让结果生效
        ChangeValue = DownSampleNum;
        ChangeValue2 = BlurSpreadSize;
        ChangeValue3 = BlurIterations;
    }

    //-----------------------------------------【Update()函数】--------------------------------------  
    // 说明：此函数每帧都会被调用
    //--------------------------------------------------------------------------------------------------------
    void Update() {
        //若程序在运行，进行赋值
        if(Application.isPlaying) {
            //赋值
            DownSampleNum = ChangeValue;
            BlurSpreadSize = ChangeValue2;
            BlurIterations = ChangeValue3;
        }
        //若程序没有在运行，去寻找对应的Shader文件
#if UNITY_EDITOR
        if(Application.isPlaying != true) {
            CurShader = Shader.Find(ShaderName);
        }
#endif

    }

    //-----------------------------------------【OnDisable()函数】---------------------------------------  
    // 说明：当对象变为不可用或非激活状态时此函数便被调用  
    //--------------------------------------------------------------------------------------------------------
    void OnDisable() {
        if(CurMaterial) {
            //立即销毁材质实例
            DestroyImmediate(CurMaterial);
        }

    }

    #endregion

}

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Learning Unity Shader/Lecture 15/RapidBlurEffect"
{
    //-----------------------------------【属性 || Properties】------------------------------------------  
    Properties
    {
        //主纹理
        _MainTex("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
    }

        //----------------------------------【子着色器 || SubShader】---------------------------------------  
        SubShader
    {
        ZWrite Off
        Blend Off

        //---------------------------------------【通道0 || Pass 0】------------------------------------
        //通道0：降采样通道 ||Pass 0: Down Sample Pass
        Pass
        {
            ZTest Off
            Cull Off

            CGPROGRAM

        //指定此通道的顶点着色器为vert_DownSmpl
        #pragma vertex vert_DownSmpl
        //指定此通道的像素着色器为frag_DownSmpl
        #pragma fragment frag_DownSmpl

        ENDCG

    }

        //---------------------------------------【通道1 || Pass 1】------------------------------------
        //通道1：垂直方向模糊处理通道 ||Pass 1: Vertical Pass
        Pass
        {
            ZTest Always
            Cull Off

            CGPROGRAM

        //指定此通道的顶点着色器为vert_BlurVertical
        #pragma vertex vert_BlurVertical
        //指定此通道的像素着色器为frag_Blur
        #pragma fragment frag_Blur

        ENDCG
    }

        //---------------------------------------【通道2 || Pass 2】------------------------------------
        //通道2：水平方向模糊处理通道 ||Pass 2: Horizontal Pass
        Pass
        {
            ZTest Always
            Cull Off

            CGPROGRAM

        //指定此通道的顶点着色器为vert_BlurHorizontal
        #pragma vertex vert_BlurHorizontal
        //指定此通道的像素着色器为frag_Blur
        #pragma fragment frag_Blur

        ENDCG
    }
    }


        //-------------------------CG着色语言声明部分 || Begin CG Include Part----------------------  
        CGINCLUDE

        //【1】头文件包含 || include
#include "UnityCG.cginc"

//【2】变量声明 || Variable Declaration
sampler2D _MainTex;
    //UnityCG.cginc中内置的变量，纹理中的单像素尺寸|| it is the size of a texel of the texture
    uniform half4 _MainTex_TexelSize;
    //C#脚本控制的变量 || Parameter
    uniform half _DownSampleValue;

    //【3】顶点输入结构体 || Vertex Input Struct
    struct VertexInput
    {
        //顶点位置坐标
        float4 vertex : POSITION;
        //一级纹理坐标
        half2 texcoord : TEXCOORD0;
    };

    //【4】降采样输出结构体 || Vertex Input Struct
    struct VertexOutput_DownSmpl
    {
        //像素位置坐标
        float4 pos : SV_POSITION;
        //一级纹理坐标（右上）
        half2 uv20 : TEXCOORD0;
        //二级纹理坐标（左下）
        half2 uv21 : TEXCOORD1;
        //三级纹理坐标（右下）
        half2 uv22 : TEXCOORD2;
        //四级纹理坐标（左上）
        half2 uv23 : TEXCOORD3;
    };


    //【5】准备高斯模糊权重矩阵参数7x4的矩阵 ||  Gauss Weight
    static const half4 GaussWeight[7] =
    {
        half4(0.0205,0.0205,0.0205,0),
        half4(0.0855,0.0855,0.0855,0),
        half4(0.232,0.232,0.232,0),
        half4(0.324,0.324,0.324,1),
        half4(0.232,0.232,0.232,0),
        half4(0.0855,0.0855,0.0855,0),
        half4(0.0205,0.0205,0.0205,0)
    };


    //【6】顶点着色函数 || Vertex Shader Function
    VertexOutput_DownSmpl vert_DownSmpl(VertexInput v)
    {
        //【6.1】实例化一个降采样输出结构
        VertexOutput_DownSmpl o;

        //【6.2】填充输出结构
        //将三维空间中的坐标投影到二维窗口  
        o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        //对图像的降采样：取像素上下左右周围的点，分别存于四级纹理坐标中
        o.uv20 = v.texcoord + _MainTex_TexelSize.xy * half2(0.5h, 0.5h);;
        o.uv21 = v.texcoord + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-0.5h, -0.5h);
        o.uv22 = v.texcoord + _MainTex_TexelSize.xy * half2(0.5h, -0.5h);
        o.uv23 = v.texcoord + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-0.5h, 0.5h);

        //【6.3】返回最终的输出结果
        return o;
    }

    //【7】片段着色函数 || Fragment Shader Function
    fixed4 frag_DownSmpl(VertexOutput_DownSmpl i) : SV_Target
    {
        //【7.1】定义一个临时的颜色值
        fixed4 color = (0,0,0,0);

    //【7.2】四个相邻像素点处的纹理值相加
    color += tex2D(_MainTex, i.uv20);
    color += tex2D(_MainTex, i.uv21);
    color += tex2D(_MainTex, i.uv22);
    color += tex2D(_MainTex, i.uv23);

    //【7.3】返回最终的平均值
    return color / 4;
    }

        //【8】顶点输入结构体 || Vertex Input Struct
        struct VertexOutput_Blur
    {
        //像素坐标
        float4 pos : SV_POSITION;
        //一级纹理（纹理坐标）
        half4 uv : TEXCOORD0;
        //二级纹理（偏移量）
        half2 offset : TEXCOORD1;
    };

    //【9】顶点着色函数 || Vertex Shader Function
    VertexOutput_Blur vert_BlurHorizontal(VertexInput v)
    {
        //【9.1】实例化一个输出结构
        VertexOutput_Blur o;

        //【9.2】填充输出结构
        //将三维空间中的坐标投影到二维窗口  
        o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        //纹理坐标
        o.uv = half4(v.texcoord.xy, 1, 1);
        //计算X方向的偏移量
        o.offset = _MainTex_TexelSize.xy * half2(1.0, 0.0) * _DownSampleValue;

        //【9.3】返回最终的输出结果
        return o;
    }

    //【10】顶点着色函数 || Vertex Shader Function
    VertexOutput_Blur vert_BlurVertical(VertexInput v)
    {
        //【10.1】实例化一个输出结构
        VertexOutput_Blur o;

        //【10.2】填充输出结构
        //将三维空间中的坐标投影到二维窗口  
        o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        //纹理坐标
        o.uv = half4(v.texcoord.xy, 1, 1);
        //计算Y方向的偏移量
        o.offset = _MainTex_TexelSize.xy * half2(0.0, 1.0) * _DownSampleValue;

        //【10.3】返回最终的输出结果
        return o;
    }

    //【11】片段着色函数 || Fragment Shader Function
    half4 frag_Blur(VertexOutput_Blur i) : SV_Target
    {
        //【11.1】获取原始的uv坐标
        half2 uv = i.uv.xy;

        //【11.2】获取偏移量
        half2 OffsetWidth = i.offset;
        //从中心点偏移3个间隔，从最左或最上开始加权累加
        half2 uv_withOffset = uv - OffsetWidth * 3.0;

        //【11.3】循环获取加权后的颜色值
        half4 color = 0;
        for (int j = 0; j < 7; j++)
        {
            //偏移后的像素纹理值
            half4 texCol = tex2D(_MainTex, uv_withOffset);
            //待输出颜色值+=偏移后的像素纹理值 x 高斯权重
            color += texCol * GaussWeight[j];
            //移到下一个像素处，准备下一次循环加权
            uv_withOffset += OffsetWidth;
        }

        //【11.4】返回最终的颜色值
        return color;
    }

        //-------------------结束CG着色语言声明部分  || End CG Programming Part------------------              
        ENDCG

        FallBack Off
}

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作者：毛星云（浅墨）    微博：http://weibo.com/u/1723155442