OpenGL Shader实例分析（7）雪花飘落效果

程序员文章站 2022-03-02 15:06:13

研究了一个雪花飘落效果，感觉挺不错的，分享给大家，效果如下：代码如下： shader "shadertoy/flakes" { // https://ww...

研究了一个雪花飘落效果，感觉挺不错的，分享给大家，效果如下：

代码如下：

shader "shadertoy/flakes" { // https://www.shadertoy.com/view/4d2xzc
 properties{
 imouse ("mouse pos", vector) = (100,100,0,0)
 ichannel0("ichannel0", 2d) = "white" {} 
 ichannelresolution0 ("ichannelresolution0", vector) = (100,100,0,0)
 }
 
 cginclude 
 #include "unitycg.cginc" 
 #pragma target 3.0 
 #pragma glsl
 
 #define vec2 float2
 #define vec3 float3
 #define vec4 float4
 #define mat2 float2x2
 #define iglobaltime _time.y
 #define mod fmod
 #define mix lerp
 #define atan atan2
 #define fract frac 
 #define texture2d tex2d
 // 屏幕的尺寸
 #define iresolution _screenparams
 // 屏幕中的坐标，以pixel为单位
 #define gl_fragcoord ((_iparam.srcpos.xy/_iparam.srcpos.w)*_screenparams.xy) 
 
 #define pi2 6.28318530718
 #define pi 3.14159265358979
 #define halfpi (pi * 0.5)
 #define oneoverpi (1.0 / pi)
 
 fixed4 imouse;
 sampler2d ichannel0;
 fixed4 ichannelresolution0;
 
 struct v2f { 
  float4 pos : sv_position; 
  float4 srcpos : texcoord0; 
 };  
 
 // precision highp float;
 v2f vert(appdata_base v){ 
  v2f o;
  o.pos = mul (unity_matrix_mvp, v.vertex);
  o.srcpos = computescreenpos(o.pos); 
  return o; 
 } 
 
 vec4 main(v2f _iparam);
 
 fixed4 frag(v2f _iparam) : color0 { 
 return main(_iparam);
 } 
 
 
 vec4 main(v2f _iparam) {
 vec2 p = gl_fragcoord.xy/iresolution.xy;
 vec3 col = vec3(0,0,0);
 float dd = 150;
 for( int i=0; i<dd; i++ )
 {
  float an = 6.2831*float(i)/dd;
  vec2 of = vec2( cos(an), sin(an) ) * (1.0+0.6*cos(7.0*an+iglobaltime)) + vec2( 0.0, iglobaltime );
  col = max( col, texture2d( ichannel0, p + 20*of/iresolution.xy ).xyz );
  col = max( col, texture2d( ichannel0, p + 5.0*of/iresolution.xy ).xyz );
 }
 col = pow( col, vec3(1.0,2.0,3.0) ) * pow( 4.0*p.y*(1.0-p.y), 0.2);
 
 return vec4( col, 1.0 );
 }
 
 endcg 
 
 subshader { 
 pass { 
  cgprogram 
 
  #pragma vertex vert 
  #pragma fragment frag 
  #pragma fragmentoption arb_precision_hint_fastest 
 
  endcg 
 } 
 } 
 fallback off 
}

代码分析：

1）七边形雪花的绘制算法

具体代码如下：

float dd = 150;
for( int i=0; i<dd; i++ )
{
 float an = 6.2831*float(i)/dd;
 vec2 of = vec2( cos(an), sin(an) ) * (1.0+0.6*cos(7.0*an+iglobaltime)) + vec2( 0.0, iglobaltime );
 col = max( col, texture2d( ichannel0, p + 20*of/iresolution.xy ).xyz );
 col = max( col, texture2d( ichannel0, p + 5.0*of/iresolution.xy ).xyz );
}

在理解这段代码前，先理解怎么画一个圈，代码如下：

float dd = 30;
for( int i=0; i<dd; i++ )
{
 float an = 6.2831*float(i)/dd;
 vec2 of = vec2( cos(an), sin(an) );
 col = max( col, texture2d( ichannel0, p + 20*of/iresolution.xy ).xyz );
}

然后再准备一张贴图，图片中间是一个白色像素，周围都是黑色

OpenGL Shader实例分析（7）雪花飘落效果

效果如下：

OpenGL Shader实例分析（7）雪花飘落效果

这段代码处于fragment shader中，意味着屏幕上每个点都会进行上述的算法。具体如下，遍历贴图中该点周围的点（上面的代码中为距离该点为20单位的圆上的点），把周围点中最亮的作为该点的颜色。上面的贴图有点特殊，只有一个点是白色，其余点都是黑色的。那么只有距离该点正好为20单位的点才会变成亮色，其余的点都是黑色，如上图的结果。一句话总结上面算法的效果：贴图中的每一个“相对亮点”的周围都会产生“相对亮的特定图形”，图形的亮度取决于该点的亮度，越亮越明显。效果可以参考文末的图片。

接下来理解这段代码：

float dd = 150;
for( int i=0; i<dd; i++ )
{
 float an = 6.2831*float(i)/dd;
 vec2 of = vec2( cos(an), sin(an) ) * (1.0+0.7*cos(7.0*an));
 col = max( col, texture2d( ichannel0, p + 20*of/iresolution.xy ).xyz );
// col = max( col, texture2d( ichannel0, p + 5.0*of/iresolution.xy ).xyz );
}

输出结果如下：

OpenGL Shader实例分析（7）雪花飘落效果

a) 1.0+0.7*cos(7.0*an)的图像如下：

OpenGL Shader实例分析（7）雪花飘落效果

b）算法中 of 向量的路径为：

OpenGL Shader实例分析（7）雪花飘落效果

结果就很清晰了；其实这里算法和《【opengl】shader实例分析（二）－ heart》中绘制心形的算法很类似。

最后加上时间就可以实现动画了：

vec2 of = vec2( cos(an), sin(an) ) * (1.0+0.6*cos(7.0*an+iglobaltime)) + vec2( 0.0, iglobaltime );

第一个iglobaltime，用来控制雪花的旋转，第二个iglobaltime使雪花下落。

2）后期颜色等处理

这里可以理解为一种posteffect处理，具体是如下的代码贡献的效果：

col = pow( col, vec3(1.0,2.0,3.0) ) * pow( 4.0*p.y*(1.0-p.y), 0.2);

a) pow(col, vec3(1.0, 2.0, 3.0)) 这句话使得颜色变成暖色调。col值的范围为[0,1]，对小数继续pow运算，次数越高，该值越小。比如：0.5的1次方是0.5， 2次方为0.25， 3次方为0.125等；所以这句话的作用很明显：red成份不变，green变小一些，blue变的更小。达到的效果，使得整体颜色会偏向暖色调。

b）pow(4.0*p.y*(1.0-p.y), 0.2) 使得屏幕上下两边变暗。

最后附上shader中用到的贴图：

OpenGL Shader实例分析（7）雪花飘落效果