Shader GrabPass应用实例——高度体积雾
高度雾或者垂直雾是体积雾的一重要分支，比如以下场景（真实图片，非特效），在很大场景中都有这样的需求。以下是找到的两个不错的参考实现。
参考一
其中有这篇文章的介绍了一种垂直雾的实现方法，思路、代码写的很详细了，网上有不少转载，这里也就不再说明了。
https://mp.weixin.qq.com/s/yfGNeyip5ebVIvBj-XBd4Q
http://www.sohu.com/a/231966965_667928
参考二
另外，还有就是以下这个牛B的插件
https://assetstore.unity.com/packages/vfx/shaders/fullscreen-camera-effects/volumetric-fog-mist-49858
下面是插件的其中一个设置可以设置雾在一个区域内。
我的需求？
通过这张图片引出我的需求，需要实现上面类似的区域垂直雾的效果，而且是可以支持多个区域。当时看到这个插件很开心，本想就是自己找的东西，期待的效果也是一样一样的。可看小半天源码，只能设置一个区域，不支持多个区域，一下子心凉了半截。
最终，无奈之下，只能又开始自己造轮子。思路如下：第一步实现第一参考中垂直雾的效果，再完成噪声和体积的处理。
区域垂直雾实现
第一个参考中使用的是屏幕后处理，由于不好处理区域，所以还是需要把方法改造为GrabPass的方法，通过一个Box定义一个垂直雾的区域，其Shader为ZWrite off，然后获取其_CameraDepthTexture，从而得到其对应点的世界坐标高度，（这里需要特别注意，这个世界坐标不是Box片段的，而是其后面GrabPass中获取的背景点坐标）。以下Shader的代码。
其中与参考1主要是获取屏幕射线的方法不同，参考1的核心方法（第二简化算法），一个特定的ViewPort Position和一个特定的深度值, 是能够唯一确定一个世界坐标的， 这就要求出Camera到屏幕上一点（对应的世界坐标）的一条射线，可以先求出透视矩阵中四个角的射线，再通过插件获取每一点的射线（即Camera到远投影面的一点的线段）。以上是在屏幕后Shader进行处理的。如下图的四个角所示。（为了更好理解本例，还请先看明白第一个参考）
所以以上方法，直接拿到本例的区域模型的Shader中是不行的，但核心当然也是要求出Camera到屏幕一点的射线，如下图所示
就是要求出Camera到P'点的射线，P点为区域模型上一点，可以求出其Z深度值，Z'为Camera的远投影面深度，就Shader的_ProjectionParams.z，Camera到P点的距离很好求出，这个就可以求出Camera到P'点的距离。可以参考以下的代码。其余的过程与参考一基本一致了。
Shader "Shader Forge/HeightFogBase1" {Properties {_MainTexture ("MainTexture", 2D) = "white" {}_FogColor ("FogColor", Color) = (0.5,0.5,0.5,1)_Start ("Start", Float ) = 0_Density ("Density", Float ) = 0}SubShader {Tags {"IgnoreProjector"="True""Queue"="Transparent+1""RenderType"="Transparent"}GrabPass{ }Pass {Name "FORWARD"Tags {"LightMode"="ForwardBase"}ZWrite OffCGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#define UNITY_PASS_FORWARDBASE#include "UnityCG.cginc"#pragma multi_compile_fwdbase_fullshadows#pragma only_renderers d3d9 d3d11 glcore gles #pragma target 3.0uniform sampler2D _CameraDepthTexture;uniform sampler2D _GrabTexture;uniform float3 _CameraDir;uniform float4x4 frustumCorners;//第一个参考方案的获取屏幕射线的方法float4 GetCameraRay( float4x4 frustumCorners , float2 vertex1 ){int xx = (int)vertex1.x;int yy = (int)vertex1.y;int z = abs(3 - xx - 3*yy);return frustumCorners[z];}uniform sampler2D _MainTexture; uniform float4 _MainTexture_ST;uniform float _Start;uniform float _Density;uniform float4 _FogColor;struct VertexInput {float4 vertex : POSITION;float2 texcoord0 : TEXCOORD0;};struct VertexOutput {float4 pos : SV_POSITION;float2 uv0 : TEXCOORD0;float4 projPos : TEXCOORD1;//float4 raydir: TEXCOORD2;float4 posWorld : TEXCOORD3;};VertexOutput vert (VertexInput v) {VertexOutput o = (VertexOutput)0;o.uv0 = v.texcoord0;o.pos = UnityObjectToClipPos( v.vertex );o.projPos = ComputeScreenPos (o.pos);o.posWorld = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);float3 viewDirection = normalize( o.posWorld.xyz - _WorldSpaceCameraPos.xyz);//这里之前的插件的方式是不对的
// o.raydir.xyz = viewDirection * _ProjectionParams.z * distance(_WorldSpaceCameraPos.xyz, o.posWorld.xyz) / o.projPos.z;
// o.raydir.w = v.vertex.z;COMPUTE_EYEDEPTH(o.projPos.z);return o;}float4 frag(VertexOutput i) : COLOR {//获取背景点的深度float2 sceneUVs = (i.projPos.xy / i.projPos.w);float depth = Linear01Depth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sceneUVs));float3 viewDirection = normalize( i.posWorld.xyz - _WorldSpaceCameraPos.xyz);//获取当前区域模型片段点的屏幕射线float3 raydir = viewDirection * _ProjectionParams.z * distance(_WorldSpaceCameraPos.xyz, i.posWorld.xyz) / i.projPos.z;//获取背景点的世界坐标float3 worldPos = (depth * raydir).xyz + _WorldSpaceCameraPos;float4 sceneColor = tex2D(_GrabTexture, sceneUVs);float3 emissive = lerp(_FogColor.rgb, sceneColor.rgb, saturate(exp(worldPos.y -_Start)*_Density));float3 finalColor = emissive;//return fixed4(float3(1, worldPos.y, 0).rgb,1); //用于Debug显示高度值return fixed4(finalColor.rgb,1);}ENDCG}}FallBack "Diffuse"CustomEditor "ShaderForgeMaterialInspector"
}
初步效果图如下：
但以上的效果在一些情况，比如四周都是封闭的还是不错的，但如图所示，其中一边是开放的，从侧面看时就不是很自然了，看不出体的感觉了。这个将在后续现实中再分享出来。
后续体积的实现参考链接
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