Unity图形学简易实现

Unity是一款流行的游戏引擎，它支持各种图形学特效。在Unity中，我们可以使用各种技术来实现惊人的图形效果。本文将介绍一些常用的Unity图形学技术，并提供相关的代码和算法。

透明度

透明度是指物体的不透明程度。在Unity中，我们可以通过更改材质的alpha通道值来控制物体的透明度。假设我们有一个平面，在其上放置了一个半透明的红色圆球。下面是一段示例代码，演示了如何实现这个效果：

using UnityEngine;

public class TransparentDemo : MonoBehaviour
{
    public Material material; //材质球

    void OnRenderObject() //当渲染对象时调用
    {
        material.SetPass(0); //设置渲染使用的材质球的第0个pass
        GL.PushMatrix(); //压入矩阵堆栈
        GL.MultMatrix(transform.localToWorldMatrix); //将本地坐标系转换为世界坐标系
        DrawSphere(); //绘制球体
        GL.PopMatrix(); //从矩阵堆栈中弹出矩阵
    }

    void DrawSphere()
    {
        GL.Begin(GL.TRIANGLES); //开始绘制三角形

        GL.Color(new Color(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f)); //设置颜色，其中前三个参数代表颜色的RGB值，最后一个参数代表颜色的透明度

        for (int i = 0; i < 360; i++)
        {
            float x = Mathf.Sin(i * Mathf.Deg2Rad); //通过正弦函数获取x坐标
            float z = Mathf.Cos(i * Mathf.Deg2Rad); //通过余弦函数获取z坐标
            GL.Vertex3(x, 0, z); //绘制顶点，其中y坐标为0
        }
        GL.End(); //结束绘制
    }
}

这段代码创建了一个平面和一个半透明的红色球。在OnRenderObject方法中，我们设置了该物体的材质，并使用GL库函数绘制了半透明的球。

阴影

Unity支持投射和接收阴影，这对实现逼真的场景非常重要。在Unity中，我们可以将光源设置为产生实时阴影。我们还可以将物体设置为接收实时阴影。下面是一段代码示例，演示了如何在Unity中实现阴影：

using UnityEngine;

public class ShadowDemo : MonoBehaviour
{
    public Light light; //灯光
    public Material material; //材质球

    void OnRenderObject() //当渲染对象时调用
    {
        Matrix4x4 proj = light.projectionMatrix; //获取投影矩阵
        Matrix4x4 view = light.worldToCameraMatrix * transform.localToWorldMatrix; //获取视图矩阵
        Matrix4x4 vp = proj * view; //将投影矩阵和视图矩阵相乘得到最终的变换矩阵
        material.SetMatrix("_LightVP", vp); //将变换矩阵传入材质球的"_LightVP"参数中
    }
}

这段代码创建了一个灯光和一个物体。在OnRenderObject方法中，我们设置了该物体的材质，并使用矩阵计算方法来计算灯光的视图矩阵和投影矩阵，从而实现阴影效果。

反射

Unity支持反射，这对于实现高质量的场景非常重要。在Unity中，我们可以使用反射纹理来模拟物体周围环境的反射效果。下面是一段代码示例，演示了如何在Unity中实现反射：

using UnityEngine;

public class ReflectionDemo : MonoBehaviour
{
    public Camera reflectionCamera; //反射相机

    void OnWillRenderObject() //当渲染对象将要被渲染时调用
    {
        //将反射相机的位置和朝向设置为当前物体的位置和朝向
        reflectionCamera.transform.position = transform.position;
        reflectionCamera.transform.rotation = Quaternion.LookRotation(transform.forward, transform.up);

        //计算反射平面的法向量和距离
        Vector4 reflectionPlane = new Vector4(transform.up.x, transform.up.y, transform.up.z, -Vector3.Dot(transform.up, transform.position));

        //计算反射矩阵
        Matrix4x4 reflection = Matrix4x4.zero;
        CalculateReflectionMatrix(ref reflection, reflectionPlane);

        //将反射矩阵和主相机的视图矩阵相乘得到反射相机的视图矩阵
        reflectionCamera.worldToCameraMatrix = Camera.main.worldToCameraMatrix * reflection;

        GL.SetRevertBackfacing(true); //设置渲染面剔除反向面
        reflectionCamera.Render(); //渲染反射到的场景
        GL.SetRevertBackfacing(false); //恢复渲染面剔除设置

        //将反射纹理传入材质球的"_ReflectionTex"参数中
        GetComponent<Renderer>().sharedMaterial.SetTexture("_ReflectionTex", reflectionCamera.targetTexture);
    }

    void CalculateReflectionMatrix(ref Matrix4x4 reflectionMat, Vector4 plane)
    {
        //计算反射矩阵的各个元素
        reflectionMat.m00 = (1.0f - 2.0f * plane[0] * plane[0]);
        reflectionMat.m01 = (-2.0f * plane[0] * plane[1]);
        reflectionMat.m02 = (-2.0f * plane[0] * plane[2]);
        reflectionMat.m03 = 0.0f;

        reflectionMat.m10 = (-2.0f * plane[1] * plane[0]);
        reflectionMat.m11 = (1.0f - 2.0f * plane[1] * plane[1]);
        reflectionMat.m12 = (-2.0f * plane[1] * plane[2]);
        reflectionMat.m13 = 0.0f;

        reflectionMat.m20 = (-2.0f * plane[2] * plane[0]);
        reflectionMat.m21 = (-2.0f * plane[2] * plane[1]);
        reflectionMat.m22 = (1.0f - 2.0f * plane[2] * plane[2]);
        reflectionMat.m23 = 0.0f;

        reflectionMat.m30 = (-2.0f * plane[3] * plane[0]);
        reflectionMat.m31 = (-2.0f * plane[3] * plane[1]);
        reflectionMat.m32 = (-2.0f * plane[3] * plane[2]);
        reflectionMat.m33 = 1.0f;
    }
}

这段代码创建了一个反射相机和一个物体。在OnWillRenderObject方法中，我们设置了反射相机的位置和旋转，并使用矩阵计算方法来计算反射矩阵，从而实现反射效果。

总结

本文介绍了一些常用的Unity图形学技术，包括透明度、阴影和反射。以上所有示例都伴随着相关的代码和算法。通过掌握这些技术，您可以在Unity中实现惊人的图形效果。

Unity图形学简易实现

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