Unity Shader 实现X光效果

Unity Shader 实现实物遮挡外轮廓发光效果

之前看过《火炬之光》、《黎明杀机》、《第五人格》等不少的游戏里面人物被建筑物遮挡呈现出不同的效果，在这里我们就叫他X-Ray效果，也可以叫透视效果。

第五人格

黎明杀机

火炬之光

实现方案

1. 采用Amplify Shader Editor1.6.1

2. Fresnel Node
   利用光到达具有不同折射率的两种材质之前的界面时的行为，以及反射和折射的量。
   ReflectionCoefficient = Bias + Scale x (1 + N)

节点参数	描述	默认值
法向空间	指定法向量所在的坐标空间	切
	正切:法向量在切向空间坐标中
	世界:法向量在世界空间坐标中
偏置	定义了菲涅耳方程的偏置变量。仅当各输入端口未连接时才可见	0
尺度	定义了菲涅耳方程的尺度变量。仅当各输入端口未连接时才可见	1
幂定	定义了菲涅耳方程的幂定变量。仅当各输入端口未连接时才可见	5

输入端口	描述	类型
要使用的法向量	如果不连接，将使用表面世界法线	float 3
偏置	定义了菲涅耳方程的偏置变量	float
尺度	定义了菲涅耳方程的尺度变量	float
幂	定义了菲涅耳方程的幂变量	float

3. Swizzle Node
   允许重新组织和复制其输入组件。输入和输出可以是不同的类型。

4. Outline Node
围绕某个对象创建一个Outline。

操作实现

X-Ray

1. 创建一个Shader
   （1）将Outline设置为Transparent（透明模式）
   （2）Cull Mode模式设置有三个选项off front back
   正常的我们使用一个front就可以 这样可以节省性能
   因为透明材质是从前向后渲染的，当我们选择front就不需要渲染物体的背面，降低了GPU的性能消耗

注意：如果要做物体之间的遮挡关系我们需要知道z-buffer，然而我们对z-buffer的调用就是通过ZTest和ZWrite来实现的。

这里我直接拿之前做的测试来说就不演示了
ZTest（深度测试）和ZWrite（深度写入）
a.深度测试通过，深度写入开启：写入深度缓冲区，写入颜色缓冲区；
b.深度测试通过，深度写入关闭：不写深度缓冲区，写入颜色缓冲区；
c.深度测试失败，深度写入开启：不写深度缓冲区，不写颜色缓冲区；
d.深度测试失败，深度写入关闭：不写深度缓冲区，不写颜色缓冲区；
所以直接的影响还是要看ZTest

在ZTest和ZWrite相同的情况下，就需要通过调整Geometry队列的大小来影响渲染的先后顺序，Gemometry大的先渲染，小的后渲染

ZTest Less（深度小于当前缓存则通过， ZTest Greater（深度大于当前缓存则通过）
ZTest LEqual（深度小于等于当前缓存则通过）
ZTest GEqual（深度大于等于当前缓存则通过）
ZTest Equal（深度等于当前缓存则通过）
ZTest NotEqual（深度不等于当前缓存则通过）
ZTest Always（不论如何都通过）

注意：
ZTest Off等同于ZTest Always，关闭深度测试等于完全通过。
（3）ZWrite（深度写入）
这里直接off就可以，不需要写入深度缓冲区
（4）ZTest（深度测试）
这里直接Always（永远通过）

此时创建一个材质球赋值刚才创建的Shader

发现已经有了X光的效果，但是有不足，没有立体感，我们在进行优化一下

立体感优化

改进方案：
将边缘至中心颜色淡化，看起来更加立体

注意：将Fresnel中的Normal Vector选项更改为自身，而不是世界（立体感）

这时在加入一个Lerp差值运算
将颜色和上图运算公式做插值运算

优化完成效果图

这时候发现还有一个问题，当我们调Alpha值时，冷色调和段色调是相反的比如上图所示红色alpha值在-0.93左右比较好，但是冷色调是在1~2之间比较好，我们需要把值控制在一个范围内，继续优化

1. 这时候我们在Color的做差值运算的时候我们添加一个Swizzle 并将他的输出类型改为Float
   将端口改为alpha
2. 在加入一个One Minus取反
3. 在Alpha的地方取值Remap（将原有值重新赋值）

效果图如下：
调节Alpha的值区间为[0,1]

总结

1.我图中采用的模型是使用单模型多材质球，所以只展示了一个身体，单模型但材质直接赋值材质球就好，如果是单模型多材质的需要多创建几个材质球，因为每一部分的发现切图和Albedo图是不一样的。
2.这里就不展示Demo了，东西比较简单，感兴趣的可以研究一下这个插件Amplify Shader Editor，我用的是1.6.1版本
3.源码我也附上在下面

源码

Shader “ASE/Ray”
{
Properties
{
_ASEOutlineWidth( “Outline Width”, Float ) = 0
_Albedo(“Albedo”, 2D) = “white” {}
_Normalmap(“Normal map”, 2D) = “white” {}
_Color0(“Color 0”, Color) = (1,0,0,0)
_Alpha(“Alpha”, Float) = 0
_Bias(“Bias”, Range( 0 , 1)) = 0
_Scale(“Scale”, Range( 0 , 1)) = 0
_Power(“Power”, Range( 0 , 1)) = 0
[HideInInspector] _texcoord( “”, 2D ) = “white” {}
[HideInInspector] __dirty( “”, Int ) = 1
}

SubShader
{
	Tags{ "RenderType" = "Transparent"  "Queue" = "Transparent+0"}
	ZWrite Off
	ZTest Always
	Cull Front
	CGPROGRAM
	#pragma target 3.0
	#pragma surface outlineSurf Outline nofog alpha:fade  keepalpha noshadow noambient novertexlights nolightmap nodynlightmap nodirlightmap nometa noforwardadd vertex:outlineVertexDataFunc 
	
	
	
	struct Input
	{
		float3 worldPos;
		float3 worldNormal;
		INTERNAL_DATA
	};
	uniform float4 _Color0;
	uniform float _Bias;
	uniform float _Scale;
	uniform float _Power;
	uniform float _Alpha;
	uniform half _ASEOutlineWidth;
	
	void outlineVertexDataFunc( inout appdata_full v, out Input o )
	{
		UNITY_INITIALIZE_OUTPUT( Input, o );
		v.vertex.xyz += ( v.normal * _ASEOutlineWidth );
	}
	inline half4 LightingOutline( SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten ) { return half4 ( 0,0,0, s.Alpha); }
	void outlineSurf( Input i, inout SurfaceOutput o )
	{
		float3 ase_worldPos = i.worldPos;
		float3 ase_worldViewDir = normalize( UnityWorldSpaceViewDir( ase_worldPos ) );
		float3 ase_worldNormal = WorldNormalVector( i, float3( 0, 0, 1 ) );
		float fresnelNdotV7 = dot( ase_worldNormal, ase_worldViewDir );
		float fresnelNode7 = ( _Bias + _Scale * pow( 1.0 - fresnelNdotV7, _Power ) );
		float lerpResult18 = lerp( ( 1.0 - (_Color0).a ) , fresnelNode7 , (-2.0 + (_Alpha - 0.0) * (0.0 - -2.0) / (1.0 - 0.0)));
		o.Emission = _Color0.rgb;
		o.Alpha = lerpResult18;
		o.Normal = float3(0,0,-1);
	}
	ENDCG
	

	Tags{ "RenderType" = "Opaque"  "Queue" = "Geometry+1" }
	Cull Back
	ZWrite On
	ZTest LEqual
	CGPROGRAM
	#pragma target 3.0
	#pragma surface surf Standard keepalpha addshadow fullforwardshadows vertex:vertexDataFunc 
	struct Input
	{
		float2 uv_texcoord;
	};

	uniform sampler2D _Normalmap;
	uniform float4 _Normalmap_ST;
	uniform sampler2D _Albedo;
	uniform float4 _Albedo_ST;

	void vertexDataFunc( inout appdata_full v, out Input o )
	{
		UNITY_INITIALIZE_OUTPUT( Input, o );
		v.vertex.xyz += 0;
	}

	void surf( Input i , inout SurfaceOutputStandard o )
	{
		float2 uv_Normalmap = i.uv_texcoord * _Normalmap_ST.xy + _Normalmap_ST.zw;
		o.Normal = UnpackNormal( tex2D( _Normalmap, uv_Normalmap ) );
		float2 uv_Albedo = i.uv_texcoord * _Albedo_ST.xy + _Albedo_ST.zw;
		o.Albedo = tex2D( _Albedo, uv_Albedo ).rgb;
		o.Alpha = 1;
	}

	ENDCG
}
Fallback "Diffuse"
CustomEditor "ASEMaterialInspector"

}