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在游戏开发中,描边效果是一种常见的技术,用于突出显示场景中的特定对象或角色。描边效果可以帮助玩家更容易地识别重要的游戏元素,增强视觉效果。Unity3D作为一款强大的游戏引擎,提供了多种实现描边效果的方法。本文将详细介绍如何在Unity3D中实现基于屏幕空间的描边效果。
描边效果的基本原理是通过检测物体的边缘,并在边缘处绘制一条颜色较深的线条。在Unity3D中,实现描边效果的方法主要有两种:基于几何的描边和基于屏幕空间的描边。
基于几何的描边:通过扩展物体的几何体,生成一个稍微大一些的模型,并将其渲染为描边颜色。这种方法适用于简单的几何体,但对于复杂的模型,可能会导致性能问题。
基于屏幕空间的描边:通过在后处理阶段对屏幕图像进行处理,检测物体的边缘并绘制描边。这种方法适用于复杂的模型,并且可以在不修改原始模型的情况下实现描边效果。
本文将重点介绍基于屏幕空间的描边实现方法。
首先,我们需要创建一个后处理脚本来处理屏幕图像。在Unity3D中,后处理通常通过OnRenderImage
方法实现。
using UnityEngine;
[ExecuteInEditMode]
public class ScreenSpaceOutline : MonoBehaviour
{
public Material outlineMaterial;
void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)
{
if (outlineMaterial != null)
{
Graphics.Blit(source, destination, outlineMaterial);
}
else
{
Graphics.Blit(source, destination);
}
}
}
接下来,我们需要创建一个用于描边的材质。这个材质将使用一个自定义的Shader来实现描边效果。
Shader "Custom/ScreenSpaceOutline"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_OutlineColor ("Outline Color", Color) = (0,0,0,1)
_OutlineThickness ("Outline Thickness", Float) = 1.0
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
float4 _OutlineColor;
float _OutlineThickness;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// 获取当前像素的颜色
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// 计算周围像素的颜色差异
float2 texelSize = float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);
float4 up = tex2D(_MainTex, i.uv + float2(0, texelSize.y * _OutlineThickness));
float4 down = tex2D(_MainTex, i.uv - float2(0, texelSize.y * _OutlineThickness));
float4 left = tex2D(_MainTex, i.uv - float2(texelSize.x * _OutlineThickness, 0));
float4 right = tex2D(_MainTex, i.uv + float2(texelSize.x * _OutlineThickness, 0));
// 计算颜色差异
float4 diff = abs(up - col) + abs(down - col) + abs(left - col) + abs(right - col);
float edge = saturate(dot(diff, float4(1,1,1,1)));
// 混合描边颜色和原始颜色
col.rgb = lerp(col.rgb, _OutlineColor.rgb, edge);
return col;
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
将创建的后处理脚本附加到相机上,并将描边材质赋值给outlineMaterial
属性。
using UnityEngine;
public class ApplyOutline : MonoBehaviour
{
public Material outlineMaterial;
void Start()
{
ScreenSpaceOutline outline = gameObject.AddComponent<ScreenSpaceOutline>();
outline.outlineMaterial = outlineMaterial;
}
}
在Unity编辑器中,可以通过调整描边材质的参数来控制描边的颜色和厚度。
为了提高描边的准确性,可以使用深度和法线信息来检测边缘。深度信息可以帮助我们检测物体的轮廓,而法线信息可以帮助我们检测物体表面的变化。
Shader "Custom/ScreenSpaceOutline"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_OutlineColor ("Outline Color", Color) = (0,0,0,1)
_OutlineThickness ("Outline Thickness", Float) = 1.0
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
sampler2D _CameraDepthNormalsTexture;
float4 _MainTex_ST;
float4 _OutlineColor;
float _OutlineThickness;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// 获取当前像素的颜色
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// 获取深度和法线信息
float3 normal;
float depth;
DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv), depth, normal);
// 计算周围像素的深度和法线差异
float2 texelSize = float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);
float3 normalUp = DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv + float2(0, texelSize.y * _OutlineThickness)), depthUp;
float3 normalDown = DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv - float2(0, texelSize.y * _OutlineThickness)), depthDown;
float3 normalLeft = DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv - float2(texelSize.x * _OutlineThickness, 0)), depthLeft;
float3 normalRight = DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv + float2(texelSize.x * _OutlineThickness, 0)), depthRight;
// 计算深度和法线差异
float depthDiff = abs(depthUp - depth) + abs(depthDown - depth) + abs(depthLeft - depth) + abs(depthRight - depth);
float normalDiff = dot(abs(normalUp - normal), float3(1,1,1)) + dot(abs(normalDown - normal), float3(1,1,1)) + dot(abs(normalLeft - normal), float3(1,1,1)) + dot(abs(normalRight - normal), float3(1,1,1));
// 计算边缘强度
float edge = saturate(depthDiff + normalDiff);
// 混合描边颜色和原始颜色
col.rgb = lerp(col.rgb, _OutlineColor.rgb, edge);
return col;
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
为了进一步优化描边效果,可以在描边之前对屏幕图像进行模糊处理。模糊处理可以帮助我们平滑边缘,减少锯齿现象。
Shader "Custom/ScreenSpaceOutline"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_OutlineColor ("Outline Color", Color) = (0,0,0,1)
_OutlineThickness ("Outline Thickness", Float) = 1.0
_BlurSize ("Blur Size", Float) = 1.0
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
sampler2D _CameraDepthNormalsTexture;
float4 _MainTex_ST;
float4 _OutlineColor;
float _OutlineThickness;
float _BlurSize;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// 获取当前像素的颜色
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// 获取深度和法线信息
float3 normal;
float depth;
DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv), depth, normal);
// 计算周围像素的深度和法线差异
float2 texelSize = float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);
float3 normalUp = DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv + float2(0, texelSize.y * _OutlineThickness)), depthUp;
float3 normalDown = DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv - float2(0, texelSize.y * _OutlineThickness)), depthDown;
float3 normalLeft = DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv - float2(texelSize.x * _OutlineThickness, 0)), depthLeft;
float3 normalRight = DecodeDepthNormal(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv + float2(texelSize.x * _OutlineThickness, 0)), depthRight;
// 计算深度和法线差异
float depthDiff = abs(depthUp - depth) + abs(depthDown - depth) + abs(depthLeft - depth) + abs(depthRight - depth);
float normalDiff = dot(abs(normalUp - normal), float3(1,1,1)) + dot(abs(normalDown - normal), float3(1,1,1)) + dot(abs(normalLeft - normal), float3(1,1,1)) + dot(abs(normalRight - normal), float3(1,1,1));
// 计算边缘强度
float edge = saturate(depthDiff + normalDiff);
// 模糊处理
float2 blurOffset = float2(_BlurSize / _ScreenParams.x, _BlurSize / _ScreenParams.y);
fixed4 blurCol = (tex2D(_MainTex, i.uv + blurOffset) + tex2D(_MainTex, i.uv - blurOffset) + tex2D(_MainTex, i.uv + float2(blurOffset.x, -blurOffset.y)) + tex2D(_MainTex, i.uv + float2(-blurOffset.x, blurOffset.y))) / 4.0;
// 混合描边颜色和模糊颜色
col.rgb = lerp(blurCol.rgb, _OutlineColor.rgb, edge);
return col;
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
通过以上步骤,我们可以在Unity3D中实现基于屏幕空间的描边效果。这种方法不仅适用于复杂的模型,还可以通过调整参数和优化算法来获得更好的视觉效果。希望本文能够帮助你在游戏开发中实现出色的描边效果。
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