Space-pompom-Technical Artist Notes

  下雨效果分析，可以分成2個部分。一個是平面的雨滴效果，一個是垂直側面的流水效果。 先來看平面的雨滴效果。可以用類似積雪的方式，找出模型法線向上的部分，再搭配下雨的序列圖，組合出水平面的雨滴效果。 再來是垂直側面的部分。跟垂直類似，遮罩採用模型法線X與Z方向的遮罩，配合擾動UV流動的效果製作側邊的流水效果。 最後再將效果合入shader當中PBR的光照計算即可。 References: https://www.youtube.com/watch?v=9JkG-orTQO8

  這次來實現一下地平線彎曲的效果。有看過 Switch 的<動物森友會>的應該都有看過場景的遠景地方會彎曲的效果。 要實現的方式可以從 Shader vertex 上做頂點的彎曲。詳細的做法可以參考 HORIZON BEND 的 PDF 文章。 這邊就簡要的放上核心的曲面部分，基本上就是先將模型轉換為世界座標，再去製作彎曲效果，最後再轉回模型的本地座標。 如此一來就可以達到模型彎曲的效果。由於是在vertex製作彎曲，因此模型的面數也是會影響到彎曲後的效果。  最後就是讓地板循環位移，可以達到攝影機跟人物不動，而視覺有前進的效果。 References: https://battlehub.net/HorizonBend/HB.pdf https://unity-chan.com/download/releaseNote.php?id=SDUnityChan&lang=en

這次來寫一篇關於 TextmeshPro 的擴展應用。有用文字系統的夥伴，相信一定對於 TextmeshPro 不陌生。由於它的多樣性文字效果，使得他幾乎專案當中是必備的存在。 然而 TextmeshPro 默認的漸層模式卻也是稍有侷限，只能接受上下 2種 不同得顏色的漸變效果，有時候不見得能夠符合需求。 因此這次則對漸層的方面做出擴展，來讓 TextmeshPro 能更支援更多的顏色漸變。 從默認的漸變模式的Shader可以得知，由於默認的漸變是藉由 頂點色染色 的緣故，因此對於一片面來說只有4個頂點，所以最多只能做到 上下 或是 左右 的漸變變化。 對此則可以運用給予漸層貼圖的方式讓它的漸變能支援更多的顏色變化。以下是使用 Gradient 動態產生建成貼圖。 Texture2D GenerateTextureFromGradient (Gradient gradient, int width = 64, int height =1 ) {             Texture2D texture = new Texture2D(width, height, TextureFormat.RGBA32, false);             for (int y = 0; y < height; y++)                 {                 for (int x = 0; x < width; x++)                     {                     float t = (float)x / (width - 1);                     Color color = gradient.Evaluate(t);                     texture.SetPixel(x, y, color);                 }             }             texture.wrapMode = TextureWrapMode.Clamp;             texture.Apply();             return texture; } 再來，我們可以利用頂點色作為UV的辦法將貼圖平鋪到文字上面。由於已經有

前些日子有個需要傳送門的效果，這裡就寫一下  Stencil 的功能。 從官網的解釋 : 模板緩衝區為幀緩衝區中的每個像素儲存一個 8 位元整數值。在為給定像素執行片元著色器之前，GPU 可以將模板緩衝區中的當前值與給定參考值進行比較。這稱為模板測試。如果模板測試通過，則 GPU 會執行深度測試。如果模板測試失敗，則 GPU 會跳過對該像素的其餘處理。這意味著可以使用模板緩衝區作為遮罩來告知 GPU 要繪製的像素以及要丟棄的像素。 大致上有個了解。就是將 ref 中的 value 與 buffer 中的 value 進行比較，來決定繪製像素的一種方式。 主要的配合方式可以如下 :  如此便可以製作出物件通過 傳送門 的效果。 附帶一提，Stencil 也可以用在 人物遮擋 的顯示效果上面。 References: https://docs.unity3d.com/cn/current/Manual/SL-Stencil.html https://www.youtube.com/watch?v=toQIuCtk2pI https://www.youtube.com/watch?v=SySnHIhiVgM

  GPU Instancing 是一項大量重複的物件繪製的時候一種優化的方式。原理是在 相同的3D模型 一次性渲染多次，利用GPU的並行處理能力，極大地減少了CPU和GPU之間的溝通成本，進而提高了渲染效率。 適用於大量重複的物件。對於不同的物件，還是需要進行單獨的渲染。其次，雖然GPU Instancing可以減少CPU和GPU之間的通信開銷，但如果物件數量不夠多，可能無法發揮出其優勢。因此，在使用 GPU Instancing 時，需要根據具體的場景和需求進行適當的優化和調整。 這邊使用了 群鳥移動 Boids 的演算法來演示在大量物件情形中配合 GPU Instancing 的製作。 群鳥移動 Boids 是一種模擬大量物體之間運動的一種算法，有興趣的可以再爬文了解，這邊就不詳細說明。從畫面看，魚群體會在已經限制的範圍內做模擬的群體運動，同時個體之間也會保有間距不重複。 而在GPU Instancing的 魚群當中，我們也可以做出個別的差異。例如 顏色/頂點位移 的偏移。             UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)                 UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _MaskColor)                 UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float, _VertOffset)             UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props) 當中 _MaskColor 可以讓 GPU Instancing 的 Shader 當中設定顏色，_VertOffset  則是設定頂點運動的偏移值。 在頂點運動上的方式:                     fixed voffset = UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _VertOffset);                 float4 offset = float4(0,0,0,0);                 offset.y = _speedRange0 * sin(_Time.y * _speedRange1 + voffset) * mask * mask2 ;          

  在2月29日來發一篇也挺有意思的XD。這篇來寫一下默認管線( Built-in Render Pipeline )當中的  CommandBuffers 功能 。 默認管線當中，渲染的順序是固定的模式，不容易調整。大部分情況下就要按照， 不透明/天空球/透明/後處理/UI 等的渲染順序來渲染屏幕的物件。而 CommandBuffers 則是用來自訂部分渲染的方式來擴展 Unity 的默認管線。 我們可以對要渲染的攝影機增加  CameraEvent 的方式來添加希望增加的渲染內容。例如:希望在 不透明(Opaque) 渲染之後希望另外增加額外的渲染則可以用 CameraEvent.AfterForwardOpaque 的方添加到攝影機上面 ( Camera. AddCommandBuffer ( CameraEvent, CommandBuffer)  ) 。 同時記得不使用時需要從攝影機上移除 ( Camera. RemoveCommandBuffer ( CameraEvent, CommandBuffer) ) 。 從這個魔法球的效果來說，會希望內部帶有扭曲的情形，因此我們可以如同上面講一樣，在 不透明(Opaque) 之後添加 CommandBuffer 讓不透明(Opaque)的部分製作全屏幕的扭曲效果(Distort)，再與之後的球體物件 半透明(Transparent) 做疊加處理，來達到內部扭曲&染色的特殊表現。 球體貼牆面會有的邊緣效果是則是利用了深度圖(  _CameraDepthTexture ) 取得的 邊緣(Edge)效果。 設定  CommandBuffer C# 的部分 :  private void RendererCommandBuffer(ref CommandBuffer buf, ref Material mat) { buf.name = "[CommandBuffersEffect]"; int screenCopyID = Shader.PropertyToID("_ScreenCopyTexture"); buf.GetTemporaryRT(screenCopyID, -1, -1, 0, FilterMode.Bilinear);

新年新的開始，祝大家都心想事成，一切順心! 今年也期許自己能夠繼續保持記錄部落格。 VAT 的全名是 Vertex Animation Texture ，是一種用來實現模型動畫效果的技術。 其基本原理是透過記錄模型頂點的變化訊息，並將這些資訊預先烘培（ bake ）到紋理中，然後在頂點著色器中讀取烘培好的紋理，從而實現模擬物理動畫等效果。 相較於即時運算實體的動畫效果，VAT是一種較為輕量級的解決方案，更 適用於行動裝置 等要較為限制性能的地方。其主要優勢之一是在運行時不需要進行複雜的物理計算，而是直接讀取烘培好的紋理，因此對手機設備性能更友善。 由於是採用烘培的方式擷取動態，因此也能做到回播的效果。重複撥放。 然而，使用VAT也帶來了一些特定的考慮和限制。由於需要記錄模型的位移和旋轉資訊到紋理中，會導致需要額外的儲存空間，並且這些位移/旋轉紋理通常不能被壓縮，以確保動畫效果的準確性和品質。 因此，相對於其他動畫技術，VAT可能會佔用更多的記憶體。需要在製作貼圖時仔細考量動畫時間長度降量減少貼圖使用，來平衡效能和效果。 下面由這張圖來大致示意一下貼圖以及模型的關係: 這邊就結合了大規模渲染必備的 GPU Instancing 方式來呈現大量石頭碎裂的的效果。(碎裂後的底圖則是借用ICON~) 附帶一提API: Graphics.DrawMeshInstanced 可以換成 Graphics.RenderMeshInstanced 可以直接使用 NativeArray ，讓往後接到 JobSystem 可以再方便一些(雖然 RenderMeshInstanced 功能感覺也還沒寫完整) References: https://storyprogramming.com/2019/09/18/shader-graph-rigid-body-animation-using-vertex-animation-textures/

對於美術朋友來說，後製的Bloom泛光需求基本上是標配的存在。而特效美術而言，也常有會希望能有限制範圍的泛光效果，而不是全屏幕的Bloom泛光。此時內建的後製Bloom就無法達成這類需求，所以就須要自己下去客製化Bloom(CustomBloom)。 這次也是基於Unity 內建渲染管線 (Built-in Render Pipeline)上來實現。在CustomBloom上可以為2個部分。 第1部分是我們需要知道特定的物件(特效)的範圍，因此可以在該效果的Shader之下再多加上一個 Pass 用來繪製遮罩部分。 第2部分則是將遮罩部分交由後製的CustomBloom的後制效果，走標準的流程( 高斯模糊 )處理，來達到特定範圍的泛光效果。 References: https://assetstore.unity.com/packages/3d/environments/3d-scifi-kit-starter-kit-92152

  這篇來稍微實作一下深度圖的應用效果。 深度圖當中的數值介於 0~1 之間，精度通常為 32 or 16 bits，而且是非線性分佈，因此往往會需要再取到深度之後再轉一次成為線性的過程才比較方便後續使用。 這次的效果是在 Unity 內建渲染管線 (Built-in Render Pipeline)上製作。 一般來說要開啟深度圖可已在代碼當中加上 Camera.main.depthTextureMode = DepthTextureMode.Depth; 來讓攝影機取得深度圖資訊。 而這次是在 PostProcessing 效果上製作，因次需要在後製的 class 上加上 DepthTextureMode GetCameraFlags() 來讓攝影機開啟取得深度圖。 在開啟深度圖之後，所有的不透明物件(Opaque)都會多計算一次 Pass 來取得深度資訊(Z-Pre Pass)。如果有性能考量，須留意 DrawCall 是否增長過多。 如果是在URP環境，就可以使用 CopyDepth 的方式來取得不透明物件(Opaque)的深度圖。 再來便是在 void Render(PostProcessRenderContext context) 內執行相關的 shader 以及參數的設置。 由於我們希望從深度圖轉出世界座標，因此必須給予shader正確的 攝影機矩陣(Matrix4x4)資訊(傳遞目前的VP逆矩陣)。 最後則可以用後製shader得到的世界座標來做出貼地板的掃光效果。 References: https://ompuco.wordpress.com/2018/03/21/9/ https://www.jianshu.com/p/80a932d1f11e https://assetstore.unity.com/packages/3d/environments/landscapes/free-island-collection-104753 https://assetstore.unity.com/packages/3d/props/exterior/rock-and-boulders-2-6947

  基於物理的渲染(Physically Based Rendering)，指的是基於真實的物理原理的 BRDF(雙向反射分佈函數) 模型 所構成的渲染方式。 PBR 的出現其實是為了能夠統一美術的製作流程而產生的一種標準化的生產方式，減少美術之間由於因為能力或者設備環境造成的差異的一種標準化模式。 或許有人會問，PBR在引擎內不是都已經有內建的，那為何還要花時間自己做一套呢? 這是由於 Unity 的標準化材質(PBR)會因為想讓使用者方便使用，所以做了很多的 Shader 開關，無形中會增加很多增加的 變體 (Variants) ，導致容量增加。 而且能客製化也代表了能夠更掌握視覺與性能部分，不會被引擎內建的PBR各種限制。增加了往後專案的可擴充性以及彈性。 關於解釋 PBR 相關的文章相信網路上的資源也是很多了，這裡對原理就不再多說明。只關注於如何實踐這部分。 對於 PBR 的 BRDF 一般可以分為4個項目。 分別為 : 直接光的 Diffuse + 直接光的 Specular + 間接光的 Diffuse  + 間接光 Specular  以下則為客製化的展示效果，以及不同引擎內客製化PBR的效果。由於是自己實現的PBR，因此可以更確保在不同引擎內有極為接近的渲染效果。使用的模型則是以前做的模型重裝騎士。

記錄下一些寫 Shader 上的知識點。 由於在製作寫地板 Shader 的時候 ，時常會使用到 SplatTexture 配合多張貼圖(筆刷)的混合處理，因此會需要多張貼圖(筆刷)的採樣 (samplers) 但是在單個 Shader中 ，採樣器(samplers)則會有使用上的上限。(例如，Direct3D 11 允許在單個著色器中使用最多 128 個紋理，但最多只能使用 16 個採樣器。) 因此可以使用 Unity 提供的 Using sampler states ，來達到貼圖採樣器的共用來達到節省 採樣器 (samplers)的使用。而且多個採樣器(samplers)的使用也會造成運行上的下降。

  Paint Demo 前些日子，幫朋友研究了下 POWERWASH SIMULATOR 這款遊戲的噴槍效果。 實現思路大致是: 1.在標準 PBR材質上加上一張RT的遮罩，讓其物件 髒汙部分與原本的材質做 Blend。 2.物件加上碰撞體 (MeshCollider) ，藉由 射線(Ray) 取得物件與滑鼠的座標，Set Material 到 Shader 內計算出繪製範圍。 3.最後再將範圍 Blit 到對應到 RT上。 由於是 RT的遮罩，所以模型的 UV是不能有共用的部分。 這邊就用以前製作的火炮作展示影片。

自從美術時期就開始跟3D MAX 相處了這麼多年，這次就來製作一下它的 Shader 撰寫方式與效果。 這邊使用了材質球選到 DirectXShader ，從調整 StandardFX11.fx 的方式來到渲染目的。 將 StandardFX11.fx 檔案開啟觀察，可以發現到 float4 std_PS(vertexOutput IN) : SV_Target { ... 的部分，這便是平時在寫片段著色器的位置。可以找到熟悉的基本元素 :  Ln (Light方向) , Vn (View方向) , Nn (Nromal方向) , Tn (Tangent方向) , Bn (Bitangent方向) 再來就可以找到  phong_shading 的 function ，這就是光照要調整的地方。 修改 DiffuseContrib 的光照模式 ，從原本的 litV.y * LightColor 改成 LightColor * Ramp  Ramp則是從簡表示，以一張貼圖代表光線亮暗的變化。 完成修改後，置入相應貼圖便可以達到基本的  Toon Shader 效果。 頭髮則是用異相性高光的 KK Hair 製作高光並且混合Ramp 光照。 最後 3D 模型則是用本人建模的模型 雷姆 來展示。

某天在圖學大佬的指導下，開始著手探究 URP 的渲染架構，在此記錄下一些知識點。 在一般的情況下Unity的渲染方式會依據 Shader 內的 Queue 標籤 順序渲染物件，所以在默認 狀況下，水的 Shader 是 Transparent 模式。但是這也會造成 其他 Transparent 的物件在水面下會無法顯示的情況。因此，我們可以對其渲染的機制順序做調整，來讓其餘的 Transparent 物件也能在水底下顯示。