[小明学Shader]15.基于Grid的地形混合shader

1.写在前面

　　好久没有写博客了,最近面试不太顺利,认识到应该把学习心得或者说是结果都落实到博客上来,一来加深印象,二来有利于自我展示.

　　本片博客的内容是讲地形纹理混合,是关于手游sgl大地图的shader实现.

　　slg大地图,如cok,是很大的.在渲染时,只渲染屏幕周围的一部分.

　　在渲染屏幕地形时,会提供一组地形数据,shader会根据地形数据对地形进行混合.

2.混合方法

　　混合使用的方法是非常常见的纹理混合.

　　基本原理是为shader提供多张可以选用的地形贴图.然后根据一张alpha贴图或者其它方式来决定纹理的如何混合.即选用哪个层级的地形纹理进行渲染.

3.纹理选择

　　前文有提到,本shader是在slg游戏中做地形混合的.

　　在手游slg中,如cok,地形只是渲染在一个平面上的.

　　如下图所示,其中每一个小的方格可以代表一个地形单位.

　　

　　而每一个小的地形单位,可以用一个标记位来表示地形所使用的纹理的种类.

5.选择纹理混合信息标识

　　那么要怎么告诉shader在渲染时要使用哪个纹理呢,

　　本文所使用的方法是通过顶点色.

　　在Unity当中,为每一个Mesh默认提供了一个顶点数组,一个三角形数组和一个顶点颜色数组,值得一提的是每一个Mesh还都拥有四个UV数组.

　　顶点色有rgba四个通道,再加上1-(rgba的和)刚好可以用来表示五层纹理的混合参数.其中1-(rgba和)用来表示默认层纹理的混合参数.

6.设置顶点颜色　

　　决定了采用顶点色来表示混合参数之后,我们还要决定把哪些顶点设置颜色.

　　以本文所用的square地形为例,每一个小的地形Cell都有两个三角形,四个顶点组成,那么既然如此,我们只需要把这四个顶点的顶点色中,代表该地块纹理的通道值+1即可.

　　在遍历完所有地块,设置完定点后,需要对定点颜色执行约束操作,按比例缩放,保证和值不超过1.

　　将得到的顶点色赋值给mesh即可.

7.效果示意:

8.参考

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

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

9.源码:

　　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#代码:

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;
    }
}