Unity论坛问答-Spherize(球面化)效果

原贴地址: https://forum.unity.com/threads/spherize-alternative.907757/

题主问道:
我想做一个Gimp中的Spherize(球面化)滤镜效果, 然后使用了ShaderGraph中的Spherize节点, 但是效果不对.

bgolus回答:
你想要的效果叫做stereographic projection(球极投影, 立体投影), 在PhotoShop/Gimp中被叫做Spherize.
ShaderLab

Shader "Unlit/StereographicProjectionBubble"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _PanSpeed ("Pan Speed", Float) = 0.1
        _Spherify ("Spherify", Range(0,1)) = 1
    }
    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Transparent" "RenderType"="Transparent" "PreviewType"="Plane" }
        LOD 100

        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

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

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            float _PanSpeed;
            float _Spherify;

            v2f vert (appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.texcoord.xy;
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                float2 centered_uv = i.uv * 2.0 - 1.0;
                float z = sqrt(1.0 - saturate(dot(centered_uv.xy, centered_uv.xy)));
                float2 spherified_uv = centered_uv / (z + 1.0);
                float2 uv = spherified_uv * 0.5 + 0.5;

                uv = lerp(i.uv, uv, _Spherify);
                uv = TRANSFORM_TEX(uv, _MainTex);
                uv.x += frac(_Time.y * _PanSpeed);
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, uv);

                half sqrDist = dot(centered_uv.xy, centered_uv.xy);
                half mask = 1.0 - sqrDist;
                mask = saturate(mask / fwidth(mask));

                col.a *= mask;

                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

ShaderGraph

一些说明:
    1. ShaderGraph中的Spherize在文档中介绍如下:
    Applies a spherical warping effect similar to a fisheye camera lens

    也就是鱼眼效果
    
    算法大约如下:
        a. 计算点P到圆心的距离d
        b. P' = P * d^4
    当P点在圆周上时, P'与P重合
    P点在圆内时, d<1, P' < P, 并且越接近圆心, P'相比于P越小
    P点在圆外时则相反, d >1, P'>P, 越远离圆心, P'相比于P越大
    
    2. 关于球极投影
    一个半径为1的球体, 从北极点N出发, 过下半球的点P做一条射线, 较赤道平面于P', 参考下图
   
   
    其中P点的坐标为(x, y, z), P'的坐标为(X, Y, 0), 它们之间的关系为:
    
    
    ShaderLab的代码首先将UV转换到(-1, 1), 然后投射到下半球, 计算出z, 注意这里计算得到的z是正数, 而下半球的z应该是负数, 所以1-z变成了1+z.
    再计算出P'坐标, 最后在映射回(0, 1), 从图易知, 越靠近圆心部分, 图形放大的越厉害, 反之缩小的越厉害.
    当UV的值超出圆的范围, 此时z = 0, P' = (x, y), 也就是保持不变.