本系列主要参考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书(感谢原书作者),同时会加上一点个人理解或拓展。
这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源(当然你也可以从官网下载)。
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写在前面
呜呼,这本书最后一篇了有木有!!!想想就有点小激动呢。。。(可是还有很多隔过去了。)技术文章里就不说太多废话了,之后会写一篇总结的,坑也会慢慢补上的(我希望吧。)。
好啦!我们本节要学习的特效是一个更加常见的画面特效。在市场上很多的第一人称射击游戏(FPS)中,我们都可以看到夜视效果的身影,比如《使命召唤》、《光晕》等等。这种效果使屏幕蒙上一层非常独特的黄绿色。下面是《使命召唤》中的夜视效果:
为了实现这种夜视效果,我们需要使用Photoshop来分解上述效果的实现。我们可以从网上找一些参考图片,然后和已有图层合并,看看我们需要哪种混合效果,以及我们要怎样组合不同的图层。下面的图像显示了在Photoshop中进行上述过程的最后结果:
而最后Shader实现的结果像下面这样:
下面,我们开始将Photoshop中的最终图像分解成几个部分,来更好的理解这些资源是如何被整合在一起的。而后,我们会深入讲解实现过程。
准备工作
之前说过,使用Photoshop可以让我们方便地构分层图像,以便我们可以更好地理解如何得到一个夜视效果。现在,我们就把夜视效果分解成几个组成图层。
- 偏绿色的画面(Tinted green):夜视效果的第一个图层就是它标志性的绿色,几乎所有的夜视图像都是这种色调的。这可以让我们的特效看起来就是明显的夜视效果。
- 扫描线(Scan lines):为了增加夜视效果的真实性,我们在上述着色层的上面添加了一层扫描线。在这里,我们使用了一张用Photoshop创建的纹理,然后让用户选择平铺系数来控制扫描线的宽窄和大小。
- 噪点(Noise):下一个图层是一个简单的噪点图层,它平铺在上述两种图层的上方,用于分解图像为我们的特效添加更多的细节效果。
- 晕影(Vignette):夜视效果的最后一层就是晕影。从上面《使命召唤》的游戏截图可以看出,它使用一个晕影来模拟一个视野效果。我们使用下面的图层来作为晕影纹理。
现在,我们把上述各个纹理结合在一起,开始正式创建夜视效果的画面特效。
- 准备好一张晕影纹理、一张噪声纹理和一张扫描线纹理,你可以在本书资源(见本文最上方)中找到对应的纹理。
- 创建一个新的脚本,命名为NightVisionEffect.cs,以及一个新的Shader,命名为NightVisionEffectShader.shader。
- 使用前一章第一篇里的代码填充上述新的脚本和Shader。
- 把OldFilmEffect脚本添加到Camera上,并使用OldFilmEffectShader给OldFilmEffect脚本中的Cur Shader赋值。
实现
现在你的画面特效脚本系统应该已经建立好了,现在我们来实现具体的脚本和Shader。
首先,我们来填写NightVisionEffect.cs脚本的主要代码。
- 第一步我们要定义一些需要在面板中显示的变量,以便让用户进行调整。在脚本中添加如下代码:
#region Variables public Shader nightVisionShader; public float contrast = 2.0f; public float brightness = 1.0f; public Color nightVisionColor = Color.white; public Texture2D vignetteTexture; public Texture2D scanLineTexture; public float scanLineTileAmount = 4.0f; public Texture2D nightVisionNoise; public float noiseXSpeed = 100.0f; public float noiseYSpeed = 100.0f; public float distortion = 0.2f; public float scale = 0.8f; private Material curMaterial; private float randomValue = 0.0f; #endregion
- 下面,我们需要填充OnRenderImage函数。在这个函数里,我们将要把上述变量传递给Shader,使得Shader可以使用这些数据来处理render texture:
void OnRenderImage (RenderTexture sourceTexture, RenderTexture destTexture){ if (nightVisionShader != null) { material.SetFloat("_Contrast", contrast); material.SetFloat("_Brightness", brightness); material.SetColor("_NightVisionColor", nightVisionColor); material.SetFloat("_RandomValue", randomValue); material.SetFloat("_Distortion", distortion); material.SetFloat("_Scale", scale); if (vignetteTexture) { material.SetTexture("_VignetteTex", vignetteTexture); } if (scanLineTexture) { material.SetTexture("_ScanLineTex", scanLineTexture); material.SetFloat("_ScanLineTileAmount", scanLineTileAmount); } if (nightVisionNoise) { material.SetTexture("_NoiseTex", nightVisionNoise); material.SetFloat("_NoiseXSpeed", noiseXSpeed); material.SetFloat("_NoiseYSpeed", noiseYSpeed); } Graphics.Blit(sourceTexture, destTexture, material); } else { Graphics.Blit(sourceTexture, destTexture); } }
- 最后,我们需要保证一些变量的范围。这些范围可以根据需要后续更改:
void Update () { contrast = Mathf.Clamp(contrast, 0.0f, 4.0f); brightness = Mathf.Clamp(brightness, 0.0f, 2.0f); distortion = Mathf.Clamp(distortion, -1.0f, 1.0f); scale = Mathf.Clamp(scale, 0.0f, 3.0f); randomValue = Random.Range(-1.0f, 1.0f); }
接下来,我们来实现关键的Shader部分。
- 首先,还是添加一些新的Properties:
Properties { _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {} _VignetteTex ("Vignette Texture", 2D) = "white" {} _ScanLineTex ("Scan Line Texture", 2D) = "white" {} _ScanLineTileAmount ("Scale Line Tile Amount", Float) = 4.0 _NoiseTex ("Noise Texture", 2D) = "white" {} _NoiseXSpeed ("Noise X Speed", Float) = 100.0 _NoiseYSpeed ("Noise Y Speed", Float) = 100.0 _NightVisionColor ("Night Vision Color", Color) = (1, 1, 1, 1) _Contrast ("Contrast", Range(0, 4)) = 2 _Brightness ("Brightness", Range(0, 2)) = 1 _RandomValue ("Random Value", Float) = 0 _Distortion ("Distortion", Float) = 0.2 _Scale ("Scale (Zoom)", Float) = 0.8 }
- 我们还需要在CGPROGRAM块中添加对应的变量,以便Properties块可以和CGPROGRAM块通信:
SubShader { Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert_img #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" uniform sampler2D _MainTex; uniform sampler2D _VignetteTex; uniform sampler2D _ScanLineTex; fixed _ScanLineTileAmount; uniform sampler2D _NoiseTex; fixed _NoiseXSpeed; fixed _NoiseYSpeed; fixed4 _NightVisionColor; fixed _Contrast; fixed _Brightness; fixed _RandomValue; fixed _Distortion; fixed _Scale;
- 我们的特效还需要一个透镜变形(lens distortion)效果,来模拟从透镜中观察、图像边界由于透镜度数而发生变形的效果。在变量声明的下方添加如下代码:
float2 barrelDistortion(float2 coord) { // Lens distortion algorithm // See http://www.ssontech.com/content/lensalg.htm float2 h = coord.xy - float2(0.5, 0.5); float r2 = h.x * h.x + h.y * h.y; float f = 1.0 + r2 * (_Distortion * sqrt(r2)); return f * _Scale * h + 0.5; }
解释:夜视效果实际和之前的老电影效果很像,都是把一些图层组合、模块化起来。最大的不同就是这里使用了一个透镜变形效果。
上述算法是由SynthEyes的成员提供的,免费使用哦~第一行代码首先找到纹理的中心——float(0.5, 0.5)。一旦得到了图像中心,我们可以根据像素距离中心的远近对像素应用一个拉伸。具体分析可见本文最下方的相关链接。
- 现在,我们到了整个Shader的关键部分。首先,在frag函数里添加如下代码来得到render texture和晕影纹理:
fixed4 frag(v2f_img i) : COLOR { // Get the colors from the Render Texture and the uv‘s // from the v2f_img struct half2 distortedUV = barrelDistortion(i.uv); fixed4 renderTex = tex2D(_MainTex, distortedUV); fixed4 vignetteTex = tex2D(_VignetteTex, i.uv);
解释:这三行代码很简单。在得到了变形后的UV坐标后,采样得到render texture中对应的像素,再按正常的UV得到晕影纹理的对应像素。
最后,得到了底层图像像素renderTex和晕影图层的像素vignetteTex。
- 下一步,我们需要处理扫描线和噪点纹理,通过UV坐标为它们添加合适的动画:
// Process scan lines and noise half2 scanLinesUV = half2(i.uv.x * _ScanLineTileAmount, i.uv.y * _ScanLineTileAmount); fixed4 scanLineTex = tex2D(_ScanLineTex, scanLinesUV); half2 noiseUV = half2(i.uv.x + (_RandomValue * _SinTime.z * _NoiseXSpeed), i.uv.y + (_Time.x * _NoiseYSpeed)); fixed4 noiseTex = tex2D(_NoiseTex, noiseUV);
解释:这里跟之前老电影的纹理动画处理方式类似。
对于扫描线纹理,之前我们说过,通过_ScanLineTileAmount可以调整画面上扫描线的宽窄和多少。_ScanLineTileAmount越大,条纹越密越细,反之越宽。
对于噪点纹理,我们需要添加一个动态效果。在XY方向上处理方式稍有不同,这是为什么呢?我自己的理解是这样的。。。对于X方向,我们想要模拟的是一个小幅度的类似抖动的效果,因此用_SinTime作为因子。而对于Y方向,我们想要模拟向一个方向不断滚动的效果,因此使用_Time作为因子。
最后,根据上述UV坐标可以得到扫描线纹理的像素scanLineTex和噪点纹理的像素noiseTex。
- 最后一层图层是偏绿的颜色效果。我们仅仅需要处理render texture的光度值(Luminance),然后给它添加一个夜视颜色,来得到最终形象的夜视效果:
// Get the luminosity values from the render texture using the YIQ values fixed lum = dot(fixed3(0.299, 0.587, 0.114), renderTex.rgb); lum += _Brightness; fixed4 finalColor = (lum * 2) + _NightVisionColor;
解释:最后一层图层是为整个画面添加绿色色调。首先也是通过YIQ得到当前的光度值lum,再加上_Brightness来调整亮度。最后,再加上_NightVisionColor(也就是绿色)。这里lum*2是为了不至于让整个画面太暗。
- 最后,我们把所有的图层结合在一起,返回最终的像素值:
// Final output finalColor = pow(finalColor, _Contrast); finalColor *= vignetteTex; finalColor *= scanLineTex * noiseTex; return finalColor; }
完整的脚本和Shader如下:
NightVisionEffect脚本:
using UnityEngine; using System.Collections; [ExecuteInEditMode] public class NightVisionEffect : MonoBehaviour { #region Variables public Shader nightVisionShader; public float contrast = 2.0f; public float brightness = 1.0f; public Color nightVisionColor = Color.white; public Texture2D vignetteTexture; public Texture2D scanLineTexture; public float scanLineTileAmount = 4.0f; public Texture2D nightVisionNoise; public float noiseXSpeed = 100.0f; public float noiseYSpeed = 100.0f; public float distortion = 0.2f; public float scale = 0.8f; private Material curMaterial; private float randomValue = 0.0f; #endregion #region Properties public Material material { get { if (curMaterial == null) { curMaterial = new Material(nightVisionShader); curMaterial.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave; } return curMaterial; } } #endregion // Use this for initialization void Start () { if (SystemInfo.supportsImageEffects == false) { enabled = false; return; } if (nightVisionShader != null && nightVisionShader.isSupported == false) { enabled = false; } } void OnRenderImage (RenderTexture sourceTexture, RenderTexture destTexture){ if (nightVisionShader != null) { material.SetFloat("_Contrast", contrast); material.SetFloat("_Brightness", brightness); material.SetColor("_NightVisionColor", nightVisionColor); material.SetFloat("_RandomValue", randomValue); material.SetFloat("_Distortion", distortion); material.SetFloat("_Scale", scale); if (vignetteTexture) { material.SetTexture("_VignetteTex", vignetteTexture); } if (scanLineTexture) { material.SetTexture("_ScanLineTex", scanLineTexture); material.SetFloat("_ScanLineTileAmount", scanLineTileAmount); } if (nightVisionNoise) { material.SetTexture("_NoiseTex", nightVisionNoise); material.SetFloat("_NoiseXSpeed", noiseXSpeed); material.SetFloat("_NoiseYSpeed", noiseYSpeed); } Graphics.Blit(sourceTexture, destTexture, material); } else { Graphics.Blit(sourceTexture, destTexture); } } // Update is called once per frame void Update () { contrast = Mathf.Clamp(contrast, 0.0f, 4.0f); brightness = Mathf.Clamp(brightness, 0.0f, 2.0f); distortion = Mathf.Clamp(distortion, -1.0f, 1.0f); scale = Mathf.Clamp(scale, 0.0f, 3.0f); randomValue = Random.Range(-1.0f, 1.0f); } void OnDisable () { if (curMaterial != null) { DestroyImmediate(curMaterial); } } }
NightVisionEffectShader如下:
Shader "Custom/NightVisionEffectShader" { Properties { _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {} _VignetteTex ("Vignette Texture", 2D) = "white" {} _ScanLineTex ("Scan Line Texture", 2D) = "white" {} _ScanLineTileAmount ("Scale Line Tile Amount", Float) = 4.0 _NoiseTex ("Noise Texture", 2D) = "white" {} _NoiseXSpeed ("Noise X Speed", Float) = 100.0 _NoiseYSpeed ("Noise Y Speed", Float) = 100.0 _NightVisionColor ("Night Vision Color", Color) = (1, 1, 1, 1) _Contrast ("Contrast", Range(0, 4)) = 2 _Brightness ("Brightness", Range(0, 2)) = 1 _RandomValue ("Random Value", Float) = 0 _Distortion ("Distortion", Float) = 0.2 _Scale ("Scale (Zoom)", Float) = 0.8 } SubShader { Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert_img #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" uniform sampler2D _MainTex; uniform sampler2D _VignetteTex; uniform sampler2D _ScanLineTex; fixed _ScanLineTileAmount; uniform sampler2D _NoiseTex; fixed _NoiseXSpeed; fixed _NoiseYSpeed; fixed4 _NightVisionColor; fixed _Contrast; fixed _Brightness; fixed _RandomValue; fixed _Distortion; fixed _Scale; float2 barrelDistortion(float2 coord) { // Lens distortion algorithm // See http://www.ssontech.com/content/lensalg.htm float2 h = coord.xy - float2(0.5, 0.5); float r2 = h.x * h.x + h.y * h.y; float f = 1.0 + r2 * (_Distortion * sqrt(r2)); return f * _Scale * h + 0.5; } fixed4 frag(v2f_img i) : COLOR { // Get the colors from the Render Texture and the uv‘s // from the v2f_img struct half2 distortedUV = barrelDistortion(i.uv); fixed4 renderTex = tex2D(_MainTex, distortedUV); fixed4 vignetteTex = tex2D(_VignetteTex, i.uv); // Process scan lines and noise half2 scanLinesUV = half2(i.uv.x * _ScanLineTileAmount, i.uv.y * _ScanLineTileAmount); fixed4 scanLineTex = tex2D(_ScanLineTex, scanLinesUV); half2 noiseUV = half2(i.uv.x + (_RandomValue * _SinTime.z * _NoiseXSpeed), i.uv.y + (_Time.x * _NoiseYSpeed)); fixed4 noiseTex = tex2D(_NoiseTex, noiseUV); // Get the luminosity values from the render texture using the YIQ values fixed lum = dot(fixed3(0.299, 0.587, 0.114), renderTex.rgb); lum += _Brightness; fixed4 finalColor = (lum * 2) + _NightVisionColor; // Final output finalColor = pow(finalColor, _Contrast); finalColor *= vignetteTex; finalColor *= scanLineTex * noiseTex; return finalColor; } ENDCG } } FallBack "Diffuse" }
完成后返回Unity编辑器查看效果。我们需要在面板中设置对应的图片和属性,像下面这样:
扩展链接
关于透镜形变效果: