unity-shader-CommandBuffer应用之毛玻璃效果

主要记录实现的思路.
可以参考仓库: https://github.com/andydbc/unity-frosted-glass

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效果图

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思路

1. 利用 CommandBuffer 可以在 摄像机渲染 的几个节点中插入, 并执行一些操作.

   这里的实现就是把 CommandBuffer 指定在渲染 Transparent 队列前, 也就是此时已经渲染了 天空盒, 不透明物体 (opaque) 等渲染 *render queue* < Transparent (3000) 的物体, 把此时摄像机的颜色缓冲区 复制到 申请的一块 render texture 中.

   然后把这个原始的rt 的设置到 shader 全局纹理属性 中 (CommandBuffer.SetGlobalTexture)

2. 把 render texture 用模糊的算法处理 , 比如: 高斯模糊. 此时这块 rt 是全屏的模糊, 但我们只需要局部区域要这个模糊效果.

   然后把这个模糊的rt 的设置到 shader 全局纹理属性 中 (CommandBuffer.SetGlobalTexture)

3. 在想要模糊的地方 丢一个 box或平面 模型, 然后渲染时, 指定渲染队里为 Transparent+ (只要在 CommandBuffer 之后就行). 获取 模型顶点 在屏幕空间的位置值 (也就是 [0, 1] 区间内), 用这个值去采样 原始的rt 和 模糊后的rt, 在用一个遮罩图 去插值指定哪些地方是需要镂空的.

延伸

除了 CommandBuffer 可以在指定的渲染节点内获取摄像机的颜色缓冲区, 也可以用在渲染某个物体前用 GrabPass 的形式抓取摄像机当前的颜色缓冲区到一个 rt 上, 然后再用屏幕空间的位置去采样这个 rt. 可以参考: Unity Shader-热空气扭曲效果

从显存抓数据到内存都是比较耗性能的操作.

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源码分析

参考仓库: https://github.com/andydbc/unity-frosted-glass

• CommandBufferBlur.cs, 这个脚本一定要挂在含有 camera 组件的 go 上, 因为要在摄像机渲染场景前回调 OnPreRender 函数.

  void Initialize() {
      if (Initialized)
          return;
      
      if (!_Shader) {
          _Shader = Shader.Find("Hidden/SeparableGlassBlur"); // 模糊的 shader
      
          if (!_Shader)
              throw new MissingReferenceException("Unable to find required shader \"Hidden/SeparableGlassBlur\"");
      }
      
      if (!_Material) {
          _Material = new Material(_Shader);
          _Material.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave;
      }
      
      _Camera = GetComponent<Camera>();
      
      if (_Camera.allowHDR && SystemInfo.SupportsRenderTextureFormat(RenderTextureFormat.DefaultHDR))
          _TextureFormat = RenderTextureFormat.DefaultHDR;
      
      _CommandBuffer = new CommandBuffer();
      _CommandBuffer.name = "Blur screen";
      
      int numIterations = 4;
      
      Vector2[] sizes = {
          new Vector2(Screen.width, Screen.height),
          new Vector2(Screen.width / 2, Screen.height / 2), // 降低 分辨率, 可以提高性能, 和提高模糊效果, 我的习惯是用 >> 1 位移
          new Vector2(Screen.width / 4, Screen.height / 4),
          new Vector2(Screen.width / 8, Screen.height / 8),
      };
      
      for (int i = 0; i < numIterations; ++i) {
          int screenCopyID = Shader.PropertyToID("_ScreenCopyTexture");
          // Width in pixels, or -1 for "camera pixel width".
          _CommandBuffer.GetTemporaryRT(screenCopyID, -1, -1, 0, FilterMode.Bilinear, _TextureFormat); // 申请 摄像机分辨率大小 的 rt
          _CommandBuffer.Blit(BuiltinRenderTextureType.CurrentActive, screenCopyID); // 将摄像机当前的 rt 复制给 screenCopyID
      
          int blurredID = Shader.PropertyToID("_Grab" + i + "_Temp1");
          int blurredID2 = Shader.PropertyToID("_Grab" + i + "_Temp2");
          _CommandBuffer.GetTemporaryRT(blurredID, (int) sizes[i].x, (int) sizes[i].y, 0, FilterMode.Bilinear, _TextureFormat); // 申请临时的 rt1 rt2, 用来做模糊效果
          _CommandBuffer.GetTemporaryRT(blurredID2, (int) sizes[i].x, (int) sizes[i].y, 0, FilterMode.Bilinear, _TextureFormat); // 
      
          _CommandBuffer.Blit(screenCopyID, blurredID);
          _CommandBuffer.ReleaseTemporaryRT(screenCopyID); // 释放 screenCopyID 的 rt
      
          _CommandBuffer.SetGlobalVector("offsets", new Vector4(2.0f / sizes[i].x, 0, 0, 0)); // 横向模糊
          _CommandBuffer.Blit(blurredID, blurredID2, _Material);
          _CommandBuffer.SetGlobalVector("offsets", new Vector4(0, 2.0f / sizes[i].y, 0, 0)); // 纵向模糊
          _CommandBuffer.Blit(blurredID2, blurredID, _Material);
      
          _CommandBuffer.SetGlobalTexture("_GrabBlurTexture_" + i, blurredID); // 模糊效果完成后, 将其设置到 全局 纹理 _GrabBlurTexture_1234, 其他的 FrostedGlass.shader 中可以直接访问
      }
      
      _Camera.AddCommandBuffer(CameraEvent.BeforeForwardAlpha, _CommandBuffer); // 在渲染 Transparent 队列之前执行, 确保渲染 FrostedGlass (Transparent) 的时候可以使用 _GrabBlurTexture_1234.
      
      _ScreenResolution = new Vector2(Screen.width, Screen.height);
  }
      
  // OnPreRender is called before a camera starts rendering the Scene.
  // This function is called only if the script is attached to the camera and is enabled.
  void OnPreRender() {
      Debug.LogFormat("--- OnPreRender");
      if (_ScreenResolution != new Vector2(Screen.width, Screen.height))
          Cleanup();
      
      Initialize();
  }

• FrostedGlass.shader

  sampler2D _GrabBlurTexture_0;
  			sampler2D _GrabBlurTexture_1;
  			sampler2D _GrabBlurTexture_2;
  			sampler2D _GrabBlurTexture_3;
  			
  			v2f vert (appdata v) {
  				v2f o;
  				o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
  				o.uvfrost = TRANSFORM_TEX(v.uv, _FrostTex);
  				o.uvgrab = ComputeGrabScreenPos(o.vertex); // 这个就是获取模型 顶点位置 在屏幕空间的值, 在 [0, 1] 区间, 屏幕空间位置
  				return o;
  			}
  			
  			fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
  				float surfSmooth = 1-tex2D(_FrostTex, i.uvfrost) * _FrostIntensity; // 模型顶点的 uv 采样 遮罩图
  				
  				surfSmooth = clamp(0, 1, surfSmooth);
  
  				half4 refraction;
  
  				half4 ref00 = tex2Dproj(_GrabBlurTexture_0, i.uvgrab); // 用 屏幕空间位置 采样 模糊效果 的纹理
  				half4 ref01 = tex2Dproj(_GrabBlurTexture_1, i.uvgrab);
  				half4 ref02 = tex2Dproj(_GrabBlurTexture_2, i.uvgrab);
  				half4 ref03 = tex2Dproj(_GrabBlurTexture_3, i.uvgrab);
  
  				float step00 = smoothstep(0.75, 1.00, surfSmooth);
  				float step01 = smoothstep(0.5, 0.75, surfSmooth);
  				float step02 = smoothstep(0.05, 0.5, surfSmooth);
  				float step03 = smoothstep(0.00, 0.05, surfSmooth); 
  
  				refraction = lerp(ref03, lerp( lerp( lerp(ref03, ref02, step02), ref01, step01), ref00, step00), step03); // 插值 模糊效果
  				
  				return refraction;
  			}