[小明學Shader]15.基於Grid的地形混合shader

1.寫在前面

　　好久沒有寫博客了,最近面試不太順利,認識到應該把學習心得或者說是結果都落實到博客上來,一來加深印象,二來有利於自我展示.

　　本片博客的內容是講地形紋理混合,是關於手游sgl大地圖的shader實現.

　　slg大地圖,如cok,是很大的.在渲染時,只渲染屏幕周圍的一部分.

　　在渲染屏幕地形時,會提供一組地形數據,shader會根據地形數據對地形進行混合.

2.混合方法

　　混合使用的方法是非常常見的紋理混合.

　　基本原理是為shader提供多張可以選用的地形貼圖.然后根據一張alpha貼圖或者其它方式來決定紋理的如何混合.即選用哪個層級的地形紋理進行渲染.

3.紋理選擇

　　前文有提到,本shader是在slg游戲中做地形混合的.

　　在手游slg中,如cok,地形只是渲染在一個平面上的.

　　如下圖所示,其中每一個小的方格可以代表一個地形單位.

　　

　　而每一個小的地形單位,可以用一個標記位來表示地形所使用的紋理的種類.

5.選擇紋理混合信息標識

　　那么要怎么告訴shader在渲染時要使用哪個紋理呢,

　　本文所使用的方法是通過頂點色.

　　在Unity當中,為每一個Mesh默認提供了一個頂點數組,一個三角形數組和一個頂點顏色數組,值得一提的是每一個Mesh還都擁有四個UV數組.

　　頂點色有rgba四個通道,再加上1-(rgba的和)剛好可以用來表示五層紋理的混合參數.其中1-(rgba和)用來表示默認層紋理的混合參數.

6.設置頂點顏色　

　　決定了采用頂點色來表示混合參數之后,我們還要決定把哪些頂點設置顏色.

　　以本文所用的square地形為例,每一個小的地形Cell都有兩個三角形,四個頂點組成,那么既然如此,我們只需要把這四個頂點的頂點色中,代表該地塊紋理的通道值+1即可.

　　在遍歷完所有地塊,設置完定點后,需要對定點顏色執行約束操作,按比例縮放,保證和值不超過1.

　　將得到的頂點色賦值給mesh即可.

 

7.效果示意:

8.參考

　　https://zhuanlan.zhihu.com/p/26383778

　　https://www.cnblogs.com/luxishi/p/6670487.html

9.源碼:

　　shader:

　　

Shader "SlpatMap/TerrainLab"
{
    Properties
    {
        _Splat0 ("_SlpatTex0", 2D) = "white" {}
        _Splat1 ("_SlpatTex1", 2D) = "white" {}
        _Splat2 ("_SlpatTex2", 2D) = "white" {}
        _Splat3 ("_SlpatTex3", 2D) = "white" {}
        _Splat4 ("_SlpatTex4", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 texcoord : TEXCOORD0;
                fixed4 color : COLOR;
            };

            struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float2  uv[5] : TEXCOORD0;
                fixed4 color : COLOR0;
                fixed color2 : COLOR1;
            };

        
            sampler2D _Splat0;
            sampler2D _Splat1;
            sampler2D _Splat2;
            sampler2D _Splat3;
            sampler2D _Splat4;

            float4 _Splat0_ST;
            float4 _Splat1_ST;
            float4 _Splat2_ST;
            float4 _Splat3_ST;
            float4 _Splat4_ST;
            
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv[0] = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _Splat0);
                o.uv[1] = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _Splat1);
                o.uv[2] = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _Splat2);
                o.uv[3] = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _Splat3);
                o.uv[4] = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _Splat4);
                o.color = v.color;
                o.color2 = (1 - (v.color.r + v.color.g + v.color.b + v.color.a));
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed3 zero = fixed3(0, 0, 0);
                fixed3 splat1Col = i.color.r <= 0.001 ? zero : tex2D(_Splat0, i.uv[0]).xyz * i.color.r;
                fixed3 splat2Col = i.color.g <= 0.001 ? zero : tex2D(_Splat1, i.uv[1]).xyz * i.color.g;
                fixed3 splat3Col = i.color.b <= 0.001 ? zero : tex2D(_Splat2, i.uv[2]).xyz * i.color.b;
                fixed3 splat4Col = i.color.a <= 0.001 ? zero : tex2D(_Splat3, i.uv[3]).xyz * i.color.a;
                fixed3 splat5Col = i.color2 <= 0.001 ? zero : tex2D(_Splat4, i.uv[4]).xyz * i.color2;
                fixed4 col;
                col.xyz = splat1Col + splat2Col + splat3Col + splat4Col + splat5Col;
                col.w = 1;
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

　　c#代碼:

using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class SquarePlaneComponent : MonoBehaviour
{

    static int[,] terrainType = new int[,]{
        {0,0,0,1,1,1,1,1,1,1},
        {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},
        {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},
        {1,1,2,2,1,1,1,1,1,1},
        {1,1,2,2,3,3,3,3,3,1},
        {1,1,1,2,1,1,1,1,1,1},
        {1,1,1,1,1,1,1,1,1,0},
        {1,1,1,1,1,1,1,1,1,0},
        {1,1,1,1,1,1,1,1,1,0},
        {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},

    };
    public int rows = 10;

    public int cols = 10;

    public MeshRenderer meshRenderer;

    public MeshFilter meshFilter;


    public int[] vertGridMappingArr;

    [ContextMenu("UpdateColorInfo")]
    public void UpdateUVInfo()
    {
        var vertices = meshFilter.sharedMesh.vertices;
        var colors = new Color[vertices.Length];
        var uv = meshFilter.sharedMesh.uv;
        var colorsV = new Vector4[vertices.Length];
        var VRowLength = rows + 1;

        var col = terrainType.GetLength(0);
        var row = terrainType.GetLength(1);

        for (int i = 0; i < col; i++)
        {
            for (int j = 0; j < row; j++)
            {
                var index = (i + 1) * VRowLength - j - 1;
                var leftTop = index;
                var rightTop = index - 1;
                var leftBottom = index + VRowLength;
                var rightBottom = index + VRowLength - 1;

                var indexList = new List<int>() { leftTop, rightTop, leftBottom, rightBottom };
                foreach (var t in indexList)
                {
                    colorsV[t] = Set(colorsV[t], terrainType[i, j]);
                }
            }
        }

        for (int i = 0; i < vertices.Length && i < colors.Length; i++)
        {
            var cv = colorsV[i] / colorsV[i].magnitude;
            colors[i] = new Color(cv.x, cv.y, cv.z, cv.w);
        }
        meshFilter.sharedMesh.colors = colors;
    }

    public Vector4 Set(Vector4 v, int type)
    {
        switch (type)
        {
            case 0:
                v.x += 1;
                break;
            case 1:
                v.y += 1;
                break;
            case 2:
                v.z += 1;
                break;
            case 3:
                v.w += 1;
                break;
        }
        return v;
    }
}