Unity中溶解shader的总结

在实际的游戏开发项目中，美术和策划常常会提出溶解效果的表现需求。例如，子弹飞行时弹道不断消融，角色受到大型炮弹攻击击飞时逐渐消融等。一般情况下，这类消融效果会结合粒子系统来实现，具体是通过给粒子的Render组件添加材质来达成相应表现。

通过总结我在项目中使用的消融shader，以及在网上查找的部分相关shader，我对这些shader进行了基本归类，方便后续思路查找。若其中存在错误，欢迎指出，让我们共同学习进步。

实现溶解效果的基本方法

实现溶解效果的基本方法是使用一张基本纹理贴图和一张无序图。基本纹理贴图用于呈现正常效果，无序图则作为消融的参考值。通常，会让美术制作一张层级图作为消融图，从其RGBA四个通道中任选一个作为溶解的无序通道。

参考shader的实现

1. 基本的实现单次溶解的vert/frag shader

Shader "Esfog/Dissolve"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_NoiseTex ("NoiseTex (R)", 2D) = "white" {}
_DissolveSpeed ("DissolveSpeed (Second)", Float) = 1
_EdgeWidth ("EdgeWidth", Range(0, 0.5)) = 0.1
_EdgeColor ("EdgeColor", Color) = (1, 1, 1, 1)
}
SubShader
{
Tags { "RenderType" = "Opaque" }

Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert_img
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"

uniform sampler2D _MainTex;
uniform sampler2D _NoiseTex;
uniform float _DissolveSpeed;
uniform float _EdgeWidth;
uniform float4 _EdgeColor;

float4 frag(v2f_img i) : COLOR
{
float DissolveFactor = saturate(_Time.y / _DissolveSpeed);
float noiseValue = tex2D(_NoiseTex, i.uv).r;
if (noiseValue <= DissolveFactor)
{
discard;
}

float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
float EdgeFactor = saturate((noiseValue - DissolveFactor) / (_EdgeWidth * DissolveFactor));
float4 BlendColor = texColor * _EdgeColor;

return lerp(texColor, BlendColor, 1 - EdgeFactor);
}

ENDCG
}
}

FallBack Off
}

其基本思路是采样无序图，通过其中某个通道（此处为R通道）的值与当前的溶解系数进行对比。如果当前通道值小于溶解系数，则说明当前片元需要被剔除；若不被剔除，则根据当前值距离消融的比例来设置消融的边缘颜色混合。

2. 根据外部触发的消融vert/frag shader

上述shader在开始触发后会持续消融。但在某些情况下，我们希望通过外部时间来控制消融的触发。可以在shader中提供一个外部参数，通过代码找到该材质并设置其值来触发消融。在上述shader的基础上改进后的代码如下：

Shader "Esfog/Dissolve"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_NoiseTex ("NoiseTex (R)", 2D) = "white" {}
_DissolveSpeed ("DissolveSpeed (Second)", Float) = 1
_EdgeWidth ("EdgeWidth", Range(0, 0.5)) = 0.1
_EdgeColor ("EdgeColor", Color) = (1, 1, 1, 1)
_DissolveStartTime ("DissolveStartTime", float) = 0
}
SubShader
{
Tags { "RenderType" = "Opaque" }

Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert_img
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"

uniform sampler2D _MainTex;
uniform sampler2D _NoiseTex;
uniform float _DissolveSpeed;
uniform float _EdgeWidth;
uniform float4 _EdgeColor;

float4 frag(v2f_img i) : COLOR
{
bool isNormal = true;
float c = 1;
float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
if (_DissolveStartTime > 0)
{
float DissolveFactor = saturate((_Time.y - _DissolveStartTime) * _DissolveSpeed);
float noiseValue = tex2D(_NoiseTex, i.uv).r;
if (noiseValue <= DissolveFactor)
{
discard;
}
float EdgeFactor = saturate((noiseValue - DissolveFactor) / (_EdgeWidth * DissolveFactor));
float4 BlendColor = texColor * _EdgeColor;
texColor = lerp(texColor, BlendColor, 1 - EdgeFactor);
}
return texColor;
}

ENDCG
}
}

FallBack Off
}

通过外部设置材质中的_DissolveStartTime，我们可以控制消融的开始。在求解消融系数时，采用相乘的方式，这样能正确表示消融速度。

3. 用透明通道来实现的消融

前面两种shader都是基于一张无序图来判定是否消融。如果需要实现透明度逐渐消散的效果，直接使用discard会显得很生硬，无法实现从不透明到半透明再到透明的逐渐消散效果。下面给出一种用透明度实现消融的shader，主要通过两张贴图的采样和某些通道值的对比来控制混合的alpha通道。

Shader "Z/DissolveWithBlend"
{
Properties
{
_Color ("Color&Alpha", Color) = (1, 1, 1, 1)
_MainTex ("MainTex", 2D) = "white" {}
_Mask ("Mask", 2D) = "white" {}
_AlphaFactor ("AlphaFactor", Float) = 0.0
}
SubShader
{
Tags { "Queue" = "Transparent", "IgnoreProjector" = "True", "RenderType" = "Transparent" }
Pass
{
Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }
Blend SrcAlpha OneMinusAlpha
Cull Front
ZWrite off
CGPROGRAM
#include "UnityCG.cginc"
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
sampler2D _Mask;
float4 _Mask_ST;
struct a2v
{
float4 vertex : POSITION;
float2 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv0 : TEXCOORD0;
float2 uv1 : TEXCOORD1;
};

v2f vert(a2v i)
{
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, i.vertex);
o.uv0 = TRANSFORM_TEX(i.texcoord, _MainTex);
o.uv1 = TRANSFORM_TEX(i.texcoord, _Mask);
return o;
}

fixed4 frag(v2f i) : Color
{
float4 _mainVar = tex2D(_MainTex, i.uv0);
float4 _maskVar = tex2D(_Mask, i.uv1);
float3 emissive = _Color.rgb * _mainVar.rgb;
return fixed4(emissive, _Color.a * _mainVar.a * step(_maskVar.r, _AlphaFactor));
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}

该shader的基本操作是通过设置颜色的alpha通道的透明度，实现用透明度控制的消融效果。不过，该shader对时间的控制需要特效外部的particle组件来完成，代码中未设置对时间的操作。