Unity Shader学习（九）物体边缘实现

根据前面的学习，我们了解到除了可以对点的颜色进行处理，还可以对点本身进行操作，例如我们可以改变点的位置，这样就可以实现对模型渲染的操控。物体边缘效果是我们常用的一种效果，要实现物体边缘，原理也很简单。
首先我们要了解到，模型在渲染时，有正面和背面之分，背面一般是不渲染，进行剔除，我们看到的模型往往是正常渲染正面，如下图所示：

了解到这，因此我们可以控制是否显示正面或者背面。进一步了解物体轮廓，物体轮廓其实就是物体在显示的屏幕上最外侧的边缘部分，因此要对模型最外部的边缘部分进行处理，如上图的边缘部分就是立方体的几条边，如下图所示，红色所在范围即为边缘部分。为了获取到边缘部分，需要将点转换到裁切空间进行处理。

关于裁剪空间，参考裁剪空间这篇文章
说明白点，裁剪空间就是摄像机视野范围内的一个矩阵转换空间，在该空间内可以进行点处理。首先，我们把边缘处理的流程分为两个pass，一个处理剔除正面的渲染，一个处理正面的正常渲染。
第一个pass:

 Pass
        {
    
    
            //剔除正面   只看背面
            Cull Front
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            float _Outline;
            float4 _OutlineColor;

            struct appdata
            {
    
    
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f
            {
    
    
                float4 pos : SV_POSITION;
            };

            v2f vert (appdata v)
            {
    
    
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex + normalize(v.vertex) * _Outline);
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
    
    
                return _OutlineColor;
            }

            ENDCG
        }

使用UnityObjectToClipPos函数，可以将模型空间的点转换到裁剪空间，下面这行在原来点的基础上，乘以法线点和轮廓值，向外延伸，如下图所示。

 o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex + normalize(v.vertex) * _Outline);

完成背面处理的pass后，进行正常的pass处理，不需要添加cull，默认渲染只正面，代码如下：

 Pass
        {
    
    
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            sampler2D _MainTex;

            struct appdata
            {
    
    
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
    
    
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            v2f vert (appdata v)
            {
    
    
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
    
    
                return tex2D(_MainTex, i.uv);
            }
            ENDCG
        }

整体的效果如下：

完整code:

Shader "Custom/Study/Simple Outline"
{
    
    
    Properties
    {
    
    
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {
    
    }

        _Outline ("Outline", Range(0, 1)) = 0.1
        _OutlineColor ("Outline Color", Color) = (1,1,1,1)
    }

    SubShader
    {
    
    
        Tags {
    
     "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
    
    
            //剔除正面   只看背面
            Cull Front

            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            float _Outline;
            float4 _OutlineColor;

            struct appdata
            {
    
    
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f
            {
    
    
                float4 pos : SV_POSITION;
            };

            v2f vert (appdata v)
            {
    
    
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex + normalize(v.vertex) * _Outline);
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
    
    
                return _OutlineColor;
            }

            ENDCG
        }

        Pass
        {
    
    
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            sampler2D _MainTex;

            struct appdata
            {
    
    
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
    
    
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            v2f vert (appdata v)
            {
    
    
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
    
    
                return tex2D(_MainTex, i.uv);
            }
            ENDCG
        }

    }
}