项目开发遇到一个需求，就是当坦克的准心瞄准敌方（enemy tank 或 item box）时，要让选中的对象的轮廓高亮起来，这实际上是接下来要讲解的实时渲染中轮廓线的渲染应用。实现方式有多种，下面逐一总结各自的原理和优缺点。
· 法线外拓的几何轮廓线渲染
核心是使用两个Pass渲染模型，在第一个Pass中，使用轮廓线颜色渲染整个背面的面片，并在视角空间下把模型顶点沿着法线方向向外扩张一段距离，目的让背部轮廓线可见。
viewPos = viewPos + viewNormal * _Outline;
第二个Pass再正常渲染正面的面片。
但有些情况直接使用顶点法线进行扩展会带来bug，如一些内凹的模型，这样处理可能会发生背面面片遮挡正面面片的情况。解决的办法是，在扩张背面顶点之前，首先对顶点法线的z分量进行处理，使其等于一个定值，然后把法线归一化后再对顶点进行扩张。 目的是使扩展后的背面更扁平化，降低遮挡正面面片的可能性。
viewNormal.z = -0.5; viewNormal = normalize(viewNormal); viewPos = viewPos + viewNormal * _Outline;
补充高光效果 - “卡通高光”（即亮暗单一明显）。此前使用的Blinn-Phong模型中，使用法线点乘光照方向以及视角方向和的一半，再和另一参数进行指数操作得到高光反射系数，
, dot(normal, halfDir)), _Gloss);
为实现卡通高光渲染，需要对点乘的结果和一阈值比较，小于该阈值高光反射系数为0，反之为1，
float spec = dot(worldNormal, worldHalfDir);
//step函数：第一个参数为参考值，第二个参数为待比较数值。第二个参数大于等于第一个参数则返回1，否则返回0
spec = step(threshold, spec);
使用CG的step函数来比较大小算是GPU代码的一个优化，因为用step()能代替大量的if else等条件语句。
引用冯乐乐的shader笔记内容，通过平滑函数可解决系数突变带来的边界锯齿的问题。 到此上述的轮廓理论讲解完毕，详细开发流程如下：
a）在场景中创建模型对象，tag为别为e1，e2，
b）完整的着色器代码如下：
// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'
Shader "Shaders/ToonBound"
{
Properties
{
_Color (, , , )
_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
_Ramp ("Ramp Texture", 2D) = "white" {} //控制漫反射色调的渐变纹理
_Outline (, )) = 0.1 //控制轮廓线宽度
_OutlineColor (, , , ) //轮廓线颜色
_Specular (, , , ) //高光反色颜色
_SpecularScale (, 0.1)) = 0.01 //高光反射系数阈值
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry"}
LOD
Pass
{
//命名Pass块，以便复用
NAME "OUTLINE"
//剔除正面
Cull Front
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
// make fog work
//#pragma multi_compile_fog
#include "UnityCG.cginc"
float _Outline;
fixed4 _OutlineColor;
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};
struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
};
v2f vert (a2v v) {
v2f o;
//让描边在观察空间达到最好的效果
float4 pos = mul(UNITY_MATRIX_MV, v.vertex);
float3 normal = mul((float3x3)UNITY_MATRIX_IT_MV, v.normal);
normal.z = -0.5;
pos = pos + float4(normalize(normal), ) * _Outline;
//将顶点从视角空间变换到裁剪空间
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_P, pos);
return o;
}
float4 frag(v2f i) : SV_Target {
//轮廓线颜色渲染整个背面
);
}
ENDCG
}
Pass
{
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
//渲染正面
Cull Back
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_fwdbase
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc"
#include "UnityShaderVariables.cginc"
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
sampler2D _Ramp;
fixed4 _Specular;
fixed _SpecularScale;
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
float4 tangent : TANGENT;
};
struct v2f {
float4 pos : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 worldNormal : TEXCOORD1;
float3 worldPos : TEXCOORD2;
SHADOW_COORDS()
};
v2f vert (a2v v) {
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos( v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX (v.texcoord, _MainTex);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
TRANSFER_SHADOW(o);
return o;
}
float4 frag(v2f i) : SV_Target {
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
fixed3 worldViewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos));
fixed3 worldHalfDir = normalize(worldLightDir + worldViewDir);
fixed4 c = tex2D (_MainTex, i.uv);
fixed3 albedo = c.rgb * _Color.rgb; //计算材质反射率
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo; //计算环境光
UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos); //计算当前世界坐标下的阴影值
fixed diff = dot(worldNormal, worldLightDir);
//计算半兰伯特漫反射系数
diff = (diff * 0.5 + 0.5) * atten;
//对渐变纹理_Ramp进行采样
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * tex2D(_Ramp, float2(diff, diff)).rgb;
fixed spec = dot(worldNormal, worldHalfDir);
fixed w = fwidth(spec) * 2.0; //抗锯齿处理
fixed3 specular = _Specular.rgb * lerp(, , smoothstep(-w, w, spec + _SpecularScale - )) * step(0.0001, _SpecularScale);
return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
运行游戏的效果如下：
