UnityShader 从入门到盖棺(四)

矫情吗；* 2023-02-19 15:28 52阅读 0赞

![img][]

### 广告版 ###

今天讲一下广告板的实现。来来来，先砸效果图。

![final][]

广告版的意思是，虽然我只是一块板(一个平面)，但是我始终对着观察者(打广告)。这个对着也有两种方式。

1.  整个平面垂直于观察者的视线向量。常用于一些闪光特效。
2.  y向量始终垂直于地面。常用于像草这一类需要扎根在地面上的。

所以，理一下思路。我们要做的，其实就是把平面所有点基于平面的一个锚点做一个旋转变换。使得旋转后的平面符合我们预期的朝向。

介绍完概念，直接开始制作。

首先我们把我们的[星星][Link 1]资源拖拽到场景中。然后将它的位置放在屋顶，并且进行一定的缩放。

![trans][]

创建一个Unlit着色器，删除全部内容。然后实现一个简单的显示一个2D精灵的Shader，没什么特别的。命名为4\_BillBorad。

Shader "Unity Shader/C4/4_BillBoard"
    {
    	Properties {
    		_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
    		_Color ("Main Color", COLOR) = (1, 1, 1, 1)
    	}
    	SubShader 
    	{
    
    		Tags {
    			"Queue" = "Transparent"
    			"RenderType" = "Transparent"
    			"DisableBatching" = "True"
    		}
    
    		Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
    		ZWrite Off
    		Cull Off
    		
    		Pass {
    
    			Tags {
    				"LightMode" = "ForwardBase" 
    			}
    
    			CGPROGRAM
    
    			#pragma vertex vert
    			#pragma fragment frag
    
    			struct a2v {
    				float4 vertex : POSITION;
    				float2 uv : TEXCOORD0;
    			};
    
    
    			struct v2f {
    				float4 pos : SV_POSITION;
    				float2 uv : TEXCOORD0; 
    			};
    
    			sampler2D _MainTex;
    			float4 _Color;
    
    			v2f vert(a2v i) {
    				v2f o;
    				o.pos = UnityObjectToClipPos(i.vertex);
    				o.uv = i.uv;
    				return o;
    			}
    
    			fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
    				fixed4 c = tex2D(_MainTex, i.uv);
    				c.rgb *= _Color.rgb;
    				return c;
    			}
    
    			ENDCG
    		}
    	}
    
    }

创建一个材质4\_Billboard\_up, 并且应用上对应shader。再把这个材质拖到我们的屋顶星星上。现在的效果图如下。

![init][]

因为我们需要所以顶点做一个相同变换，使得最终朝向满足我们的要求。

所以第一步，构造变换矩阵的向量基。

我们能得到的第一个向量是摄像机指向物体的向量。在顶点着色器中，定义一个物体的中心点，然后把摄像机位置转换到物体空间坐标系，利用坐标相减得到forward向量(顶点的朝向向量)。

v2f o;
    
    float3 centerPos = float3(0, 0, 0);
    float3 objectSpaceCameraPos = mul(unity_WorldToObject, float4(_WorldSpaceCameraPos, 1.0));;
    
    float3 forward = objectSpaceCameraPos - centerPos;

接着我们先定义头顶向量为(0, 1, 0), 然后根据叉乘得到右向量，再根据叉乘重新计算头顶向量。读者一定要自己搞清楚这里面的原理，很简单的。

forward = normalize(forward);
    
    float3 upDir = float3(0, 1, 0);
    float3 rightDir = normalize(cross(upDir, forward));
    upDir = normalize(cross(forward, rightDir));

有了这个变换矩阵，我们就可以用它去左乘当前每个顶点与中心点的偏移向量。然后根据结果重新对当前顶点计算经过变换后的偏移位置。

float3 centerOffset = i.vertex.xyz - centerPos;
    float3 localPos = centerPos + rightDir * centerOffset.x + upDir * centerOffset.y + forward * centerOffset.z;
    
    o.pos = UnityObjectToClipPos(float4(localPos, 1.0));
    // o.pos = UnityObjectToClipPos(i.vertex);
    o.uv = i.uv;
    return o;

然后现在再看下结果，就会发现我们屋顶的星星能朝着我们摄像机动了。

![middle][]

上面的实现属于我们说到的，头顶向量永远垂直于地面。广告版还有一种就是forward向量永远平行于实现向量。读者应该已经发现，如果我们把normalize.y = 0这一段代码删掉，那么星星就会永远朝向摄像机。

我们先在天空上在摆上几个星星。

然后添加一个开关变量控制是否永远朝向摄像机。

_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
    _Color ("Main Color", COLOR) = (1, 1, 1, 1)
    [MaterialToggle] _FaceCamera ("Face Camera", FLOAT) = 0

如果朝向摄像机，那么我们就保持forward向量的y分量。这里我们再加个保险设置，避免forward向量和upDir向量重合。

float3 forward = objectSpaceCameraPos - centerPos;
    
    forward.y *= _FaceCamera;
    forward = normalize(forward);
    
    // float3 upDir = float3(0, 1, 0);
    float3 upDir = abs(forward.y) < 0.999 ? float3(0, 1, 0) : float3(0, 0, 1);
    float3 rightDir = normalize(cross(upDir, forward));
    upDir = normalize(cross(forward, rightDir));

然后我们再创建一个材质"4\_Billboard\_forward", 把勾选框勾选上，再把材质拖到天空中的星星上。然后我们就会发现天上的星星也在一直对着我们的摄像机拉！

![final][]

### 结语 ###

在本次笔者自己动手的时候遇到了几个坑，总结一下几个问题，大家一起去试一下吧！

*  试下用下面的代码去求摄像机物体空间位置，会有什么不同。

float3 objectSpaceCameraPos = mul(unity_WorldToObject, _WorldSpaceCameraPos);

*  试下把星星的缩放改成 5，5，1这种非均匀缩放，尝试一下去解释现象吧！
 *  删掉"Queue" = "Transparent"看看。

好啦，这次分享就到这了。支持作者专属二维码走起来。

![vxpay][]

### 链接 ###

github地址：[https://github.com/gjbian/Unity-Shader-Study][https_github.com_gjbian_Unity-Shader-Study]

上一篇：[UnityShader 从入门到盖棺(三)][UnityShader]

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[final]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200621151700574.gif
[Link 1]: https://github.com/gjbian/Unity-Shader-Study/blob/master/Assets/Textures/4_Star.png
[trans]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200621151431328.png
[init]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200621151932843.gif
[middle]: https://img-blog.csdnimg.cn/202006211522586.gif
[vxpay]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200517160234929.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FhMTA0MTMzNTg1NQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center
[https_github.com_gjbian_Unity-Shader-Study]: https://github.com/gjbian/Unity-Shader-Study
[UnityShader]: https://blog.csdn.net/qa1041335855/article/details/106483613