Unity Shader从入门到精通实战教程

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简介：Unity Shader是控制图形渲染视觉效果的关键，在本资源“浅墨大神shader-Unity-Shader-master.zip”中，由知名开发者浅墨（QianMo）提供的一系列教程和Shader实例涵盖了从基础到进阶的技术点。包括但不限于基础颜色控制、纹理映射、光照模型、动画效果、后处理特效、粒子系统和物理模拟等。学习者将通过实践提升Unity Shader编程能力，实现丰富的视觉效果，并通过Unity编辑器的Inspector窗口进行调试。该资源适合初学者和专业人士，为游戏或互动媒体项目增添无限可能。

1. Unity Shader基础与渲染过程

Unity Shader是用于定义物体表面外观和渲染行为的程序脚本。掌握Unity Shader的基础知识对于提升游戏和应用的视觉质量至关重要。本章将从Shader的基本概念讲起，阐述其与渲染管线的关系以及Unity中Shader的不同类型。我们将探讨固定功能管线与可编程管线的区别，以及如何使用Shader Lab语言来编写自定义的着色器。本章的目标是让读者理解Shader在Unity中的作用，并为进一步学习高级着色技术打下坚实的基础。

1.1 Shader的基本概念

Shader，即着色器，是运行在图形处理单元（GPU）上用于控制渲染过程的程序。它决定了物体表面的光照、纹理、颜色等视觉特性。理解Shader的概念是制作高质量视觉效果的第一步。在Unity中，Shader可以是预定义的，也可以是自定义的，它们通常通过ShaderLab语言进行编写，提供了一种简洁的方式来描述复杂的渲染技术。

1.2 渲染管线与Shader

在3D图形渲染中，渲染管线（ Rendering Pipeline）描述了从场景的几何数据到最终图像的处理过程。Shader在管线中扮演着至关重要的角色，特别是在可编程着色阶段。通过在该阶段编写自定义Shader代码，开发者可以精确控制每个像素或顶点的渲染输出，实现诸如光照、阴影、透明度以及其他视觉效果。

1.3 Unity中的Shader类型

Unity支持多种类型的Shader，包括但不限于：

固定功能Shader： 为常见的渲染效果提供预设的参数调整，不需要编写自定义代码。
表面Shader（Surface Shaders）： 高级抽象层，简化光照模型和纹理映射的复杂性。
顶点与片段Shader（Vertex and Fragment Shaders）： 提供更多的控制力和灵活性，通常用于自定义复杂的渲染效果。
计算Shader（Compute Shaders）： 用于图形以外的计算任务，比如粒子模拟或物理计算。

理解这些Shader类型及其适用场景是制作高效和专业级渲染效果的关键。随着Unity技术的不断发展，Shader编程已经成为高级游戏和应用开发者的必备技能。在后续章节中，我们将深入了解各种Shader技术，以及如何在Unity中实现这些技术。

2. 基础Shader实现（Lambert和Phong模型）

2.1 Lambert着色模型的实现

2.1.1 Lambert模型的理论基础

Lambert着色模型，也称为漫反射模型，是一种常用于图形学的光照模型，它可以模拟没有光泽的表面（如石膏或磨砂金属表面）对光的反射。这种模型假设光线以相同强度向所有方向均匀散射，从而消除了光泽和反射高光。Lambert模型主要考虑了物体表面法线和入射光方向之间的夹角，根据余弦定律，表面的亮度仅与该夹角的余弦值成正比。

2.1.2 Shader代码的编写与调试

实现Lambert着色模型的Shader代码可以通过以下步骤编写：

在Unity中创建一个新的Shader文件。
在Shader中定义所需的属性，例如光源方向、材质属性等。
编写光照计算公式，依据Lambert模型计算光照颜色。
将计算后的光照颜色应用到片元着色器的输出颜色中。

示例代码如下：

Shader \"Custom/LambertShader\"{ Properties { _Color (\"Color\", Color) = (1,1,1,1) _MainTex (\"Albedo (RGB)\", 2D) = \"white\" {} _Glossiness (\"Smoothness\", Range(0,1)) = 0.5 _Metallic (\"Metallic\", Range(0,1)) = 0.0 } SubShader { Tags { \"RenderType\"=\"Opaque\" } LOD 200 CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert sampler2D _MainTex; struct Input { float2 uv_MainTex; }; half _Metallic; half _Glossiness; fixed4 _Color; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color; o.Albedo = c.rgb; o.Alpha = c.a; } ENDCG } FallBack \"Diffuse\"}

调试时，需要确保属性正确赋值，并监视片元着色器中输出颜色的变化，以确保最终显示的颜色符合预期。

2.2 Phong着色模型的实现

2.2.1 Phong模型的理论基础

Phong着色模型是一种用于模拟光泽表面的光照模型，由Phong Bui-Toung于1975年提出。它将表面反光分为三个组成部分：环境光、漫反射和镜面反射。Phong模型尤其擅长模拟反射光在平滑表面上产生的高光效果，即当观察角度与反射光线方向接近时，观察者会看到一个亮点。

2.2.2 Shader代码的编写与调试

Phong着色模型的Shader代码编写步骤如下：

定义Phong模型所需的额外参数，比如镜面反射的高光系数。
在片元着色器中计算环境光、漫反射和镜面反射。
将这三种成分综合考虑以得到最终的光照颜色。

示例代码如下：

Shader \"Custom/PhongShader\"{ Properties { _Color (\"Color\", Color) = (1,1,1,1) _MainTex (\"Albedo (RGB)\", 2D) = \"white\" {} _Glossiness (\"Smoothness\", Range(0,1)) = 0.5 _Metallic (\"Metallic\", Range(0,1)) = 0.0 _SpecColor (\"Specular Color\", Color) = (1,1,1,1) } SubShader { Tags { \"RenderType\"=\"Opaque\" } LOD 200 CGPROGRAM #pragma surface surf Phong sampler2D _MainTex; struct Input { float2 uv_MainTex; }; half _Metallic; half _Glossiness; fixed4 _Color; fixed4 _SpecColor; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color; o.Albedo = c.rgb; o.Alpha = c.a; } half4 LightingPhong(SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten) { // 省略具体实现代码 } ENDCG } FallBack \"Diffuse\"}

调试时，除了要确保基础属性值正确以外，还需要观察不同观察角度下的高光表现是否符合预期，调整高光系数来获得更为逼真的视觉效果。

2.3 Lambert与Phong模型的比较和应用

2.3.1 两模型的特点和区别

Lambert模型和Phong模型在渲染上各有优势和特点。Lambert模型更适合模拟粗糙或无光泽的物体表面，因为它忽略高光，仅考虑漫反射成分。而Phong模型则能够模拟光滑表面，因为它增加了镜面高光的计算，更加适合金属、塑料和漆面等具有光泽的物体。Phong模型相较于Lambert模型提供了更为丰富的视觉细节，但计算上也更为复杂。

2.3.2 选择合适模型的场景应用

在不同的游戏或图形应用中选择Lambert或Phong模型，主要取决于所要渲染对象的材质特性以及视觉效果的需求。

对于皮肤、布料、木材和类似无光泽材质的渲染，使用Lambert模型会更为合适。
当需要展示金属、玻璃、水等光滑材质的光泽效果时，Phong模型会提供更为真实的效果。
在实时渲染应用中，为了性能考虑，有时候会在两者之间做出权衡，例如在Phong模型的基础上略去一些复杂的计算，以获得较快的渲染速度。

在Unity中，可以在Shader中根据材质的特性选择合适的光照模型，或者在场景中同时使用两种模型，对不同的对象分别定制光照效果。

3. 纹理映射技术与应用

3.1 纹理映射的原理与技术

3.1.1 纹理映射的基本概念

纹理映射是一种将图像（称为纹理）映射到物体表面的技术，广泛应用于计算机图形学中，用于提升渲染物体的视觉细节。纹理可以是颜色纹理、法线贴图、位移贴图等各种不同的形式，以增加表面细节的真实感或模拟特定的物理特性。纹理映射的核心在于如何将二维纹理坐标与三维模型表面上的点对应起来，这一过程被称为UV展开。

在Unity中，纹理映射是通过Mesh Renderer组件和材质来实现的。游戏对象的网格（Mesh）通过UV坐标与纹理图像建立映射关系，再通过材质中配置的Shader来控制纹理如何被渲染到表面。高级的纹理映射技术还包括多层纹理叠加、纹理动画、甚至使用噪声图来生成更为复杂和动态的视觉效果。

3.1.2 纹理映射的技术实现

实现纹理映射通常涉及以下几个步骤：

UV坐标烘焙 ：为模型的每一个顶点指定一个UV坐标。这些坐标决定了模型表面的纹理贴图的哪一部分将映射到模型的哪一部分。
贴图制作 ：创建或获取纹理图像，并将其导入到Unity资源中。
材质和Shader编写 ：编写材质和Shader代码，指定如何将UV坐标与纹理图像结合，以达到预期的视觉效果。在Shader中可以使用多种纹理采样函数来实现不同的映射效果。
渲染设置 ：在Unity的Mesh Renderer组件中指定材质，从而让模型根据材质中定义的纹理映射规则进行渲染。

下面是一个简单的Shader代码示例，展示了如何将一个颜色纹理应用到一个模型的表面上：

Shader \"Custom/BasicTextureShader\"{ Properties { _MainTex (\"Texture\", 2D) = \"white\" {} } SubShader { Tags { \"RenderType\"=\"Opaque\" } LOD 100 Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include \"UnityCG.cginc\" struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; sampler2D _MainTex; float4 _MainTex_ST; v2f vert (appdata v) { v2f o; o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex); return o; } fixed4 frag (v2f i) : SV_Target { // Sample the texture at the given UV coordinates fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv); return col; } ENDCG } }}

在上述代码中， _MainTex_ST 变量用来存储纹理的缩放和平移参数， _MainTex 是主纹理属性。 vert 函数负责顶点变换， frag 函数负责像素着色，即纹理采样。

3.2 纹理映射在Shader中的应用

3.2.1 单层纹理映射

单层纹理映射是最基础也是最直接的纹理映射方式。通过Shader将一个颜色纹理应用到模型表面，可以极大地提升模型的视觉细节。单层纹理映射涉及的是静态纹理，它不具备时间维度的变化，主要目标是模拟静态的表面细节，如砖墙的裂缝、地板的木纹等。

单层纹理映射的关键在于UV坐标和纹理之间的映射。在Unity中，通过在材质的Shader属性中指定一个纹理，并在Shader代码中使用tex2D函数来采样纹理，可以根据模型的UV坐标输出正确的纹理颜色。

3.2.2 多层纹理映射和混合技术

多层纹理映射是在单层纹理的基础上进一步增加细节和层次感，通常涉及到使用多个纹理进行混合。例如，可以同时使用颜色纹理、法线纹理和高光纹理等，它们通过不同的参数和混合模式叠加，以达到复杂的视觉效果。

多层纹理映射的关键在于如何合理地混合这些纹理。混合可以通过乘法、加法、叠加等数学操作实现，并且这些混合操作可以通过Shader中的代码来控制。例如，以下代码展示了如何在Shader中实现两层纹理的简单混合：

fixed4 color1 = tex2D(_MainTex, i.uv);fixed4 color2 = tex2D(_SecondaryTex, i.uv);fixed4 finalColor = color1 * color2;return finalColor;

在上述代码中， _SecondaryTex 代表第二层纹理，通过乘法操作混合 color1 和 color2 来得到 finalColor 。混合的具体方法可以根据需要调整，以获得预期的视觉效果。

3.3 高级纹理映射技术应用

3.3.1 法线纹理和位移纹理

法线纹理和位移纹理是高级纹理映射技术中的两个重要概念，它们能够让物体表面出现更多的细节和凹凸感。

法线纹理 （Normal Mapping）是一种使用贴图技术创建物体表面凹凸不平的错觉，实际上并不改变模型的几何形状。它通过在像素着色阶段修改法线方向，让光照效果产生变化，进而模拟出凹凸的效果。
位移纹理 （Displacement Mapping）则是实际改变物体表面的几何位置。位移纹理在渲染过程中通常需要额外的几何处理，因此在实时渲染中较难实现。

这两者在实现时需要的Shader功能不同。法线贴图可以通过修改光照计算公式中的法线向量来实现，而位移贴图需要修改顶点位置。因此，位移贴图的性能开销通常比法线贴图大。

3.3.2 立体贴图和环境遮挡纹理

立方体贴图 （Cubemap）是用于模拟反射效果的纹理映射技术，通常包含六个面的纹理，每个面代表一个方向。在渲染过程中，根据表面的反射向量来采样立方体贴图，以模拟环境中的反射。
环境遮挡纹理 （Ambient Occlusion, AO）是一种用于增强局部阴影效果的技术，它在物体的凹陷和相交区域增加阴影，从而提升物体表面的深度感和细节感。在Shader中，通过采样AO纹理并适当地调整光照计算结果来实现环境遮挡效果。

下面是一个使用立方体贴图进行反射的Shader代码示例：

// 使用内置的UnityCG库和Lighting.cginc库#include \"UnityCG.cginc\"struct appdata{ float4 vertex : POSITION; float3 normal : NORMAL;};struct v2f{ float3 worldNormal : TEXCOORD0; float3 viewDir : TEXCOORD1; float4 vertex : SV_POSITION;};samplerCUBE _Cubemap;float4 _Cubemap_HDR;v2f vert (appdata v){ v2f o; o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); o.viewDir = WorldSpaceViewDir(v.vertex); return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{ float3 reflectDir = reflect(i.viewDir, i.worldNormal); // 使用立方体贴图进行采样 fixed4 reflectColor = texCUBE(_Cubemap, reflectDir); // 进行色彩空间转换 reflectColor.rgb = DecodeHDR(reflectColor, _Cubemap_HDR); return reflectColor;}

以上代码段展示了如何在Unity Shader中使用立方体贴图来实现反射效果。这段代码重点在于如何处理和应用立方体贴图，如何根据表面法线和视角向量计算反射向量，并采样立方体贴图来获得反射颜色。

本章关于纹理映射技术与应用的内容就介绍到这里。为了深入理解，请务必尝试实践以上提到的各技术，它们将帮助你在自己的项目中实现更加丰富和生动的视觉效果。在接下来的章节中，我们将探讨光照与阴影处理以及动画效果与时间控制的相关技术和应用。

4. 光照与阴影处理

4.1 光照模型的深入理解

4.1.1 光照模型的基本要素

光照模型是渲染技术中的核心概念，它负责模拟光线如何与物体交互以及最终影响我们所看到的图像。光照模型的几个基本要素包括光源（Light Sources）、材质（Materials）、视点（View Point）和几何体（Geometry）。

光源定义了光的方向和特性，如颜色、强度和衰减。它决定了场景中的明暗区域以及阴影的形成。材质描述了物体表面的光学属性，如反射率、折射率、漫反射系数和高光系数。这些属性决定了不同材质对光照的反应，进而影响物体的外观。视点是观察者的位置，决定了视角和物体的可见性。几何体则是场景中实际存在的物体形状，它通过法线、位置和纹理映射等信息与光照模型交互。

4.1.2 光照模型的数学和物理基础

从数学和物理角度来看，光照模型通常基于光的反射定律，如菲涅耳定律（Fresnel\'s Law）、兰伯特定律（Lambert\'s cosine law）和布林-冯模型（Blinn-Phong model）。这些定律描述了光与不同材质相互作用时的行为。

例如，布林-冯模型扩展了简单的漫反射模型，添加了镜面反射成分，可以模拟光泽表面的高光反射。该模型用一个半角向量（H）来模拟光线和观察方向的中间角度，从而产生更自然的高光效果。

一个典型的光照模型计算公式可以表示为：

Color result = AmbientColor + (LightColor * DiffuseIntensity * LambertTerm) + (LightColor * SpecularIntensity * BlinnTerm)

其中， AmbientColor 表示环境光颜色， DiffuseIntensity 是漫反射强度， SpecularIntensity 是镜面反射强度， LambertTerm 是兰伯特光照模型项，而 BlinnTerm 是布林光照模型项。

4.2 阴影的生成与处理

4.2.1 阴影映射技术

阴影映射（Shadow Mapping）是一种常用的生成阴影的技术，它首先从光源的视角渲染场景，记录每个像素的深度信息到一张纹理中，即阴影贴图（Shadow Map）。然后，从视点（摄像机）的视角渲染场景，并使用阴影贴图来判断某个像素是否在阴影中。

阴影贴图的生成分为几个步骤：

设置光源视角并渲染场景，深度信息被存储在阴影贴图纹理中。
从摄像机视角渲染场景，并将每个片段的深度与阴影贴图进行比较。
如果片段的深度大于阴影贴图中相应的深度值，则认为该片段在阴影中。

4.2.2 软阴影与硬阴影的区别和应用

阴影映射技术可以进一步细分为硬阴影映射（Hard Shadows）和软阴影映射（Soft Shadows）。硬阴影映射是一种理想化的处理方式，产生的阴影边缘非常清晰。而软阴影映射则更贴近现实，产生的阴影边缘模糊，模拟了光源尺寸或远处光源的效果。

软阴影映射技术包括 PCF（Percentage-Closer Filtering）、PCSS（Percentage-Closer Soft Shadows）等。PCF 通过在阴影贴图周围采样，然后取平均值来模糊边缘。而 PCSS 则进一步考虑了光源到物体距离对阴影模糊度的影响，实现了更复杂的软阴影效果。

4.3 光照和阴影优化技术

4.3.1 光照剔除与阴影优化

为了提高渲染性能，光照剔除（Light Culling）和阴影优化是必不可少的。光照剔除是指在渲染之前判断哪些光源对当前场景中的物体有影响，而哪些光源是不需要的。例如，可以通过光源和物体的位置关系来判断。

阴影优化技术包括：

级联阴影映射（Cascaded Shadow Maps, CSM） ：将场景分割成多个区域，每个区域使用一张阴影贴图。这样可以使得远处的阴影更加精细，近处的阴影更加粗略，从而在视觉效果和性能之间取得平衡。
阴影贴图分辨率调整 ：根据物体距离摄像机的远近和重要程度，动态调整阴影贴图的分辨率。
动态阴影距离 ：设置一个最大阴影渲染距离，超出此距离的物体不再渲染阴影，以节约性能。

4.3.2 实时渲染中的光照和阴影处理技巧

在实时渲染中，为了实现高质量的光照和阴影效果，通常需要结合多种技术：

使用预计算的光照贴图 ：对于静态的物体，可以预先计算并存储光照贴图（Lightmaps），这样可以节省运行时的计算开销。
细分阴影贴图（Tiled Shadow Maps） ：将整个场景分割成多个区域（Tile），每个 Tile 独立进行阴影计算，提高了阴影计算的并行性和效率。
延展到烘焙技术（Baking） ：对于静态的环境，可以使用烘焙技术将光照信息事先计算好，并存储到纹理中。

在优化光照和阴影时，开发者需要不断权衡性能与视觉效果，找到最合适的平衡点。通过灵活运用不同的技术手段，可以在保证视觉效果的同时，尽量减少性能开销。

5. 动画效果与时间控制

5.1 Shader中的时间变量使用

5.1.1 时间变量的作用和原理

在Shader编程中，时间变量是一个不可或缺的元素，尤其当涉及到动画效果时。时间变量可以用来控制动画的播放速率、循环性以及关键帧的同步。在实现动画时，通常需要将时间变量作为参数传递给Shader，以便实现对动画帧的动态控制。

时间变量以系统时间（通常是自游戏或应用程序启动后经过的秒数）为基准，通过传递给Shader一个浮点值，这个值随着时间的推移而增加，进而用于影响场景中的视觉元素。通过在Shader中适当地使用这个变量，可以创建出类似水流、动态火焰、旋转标志等生动的动画效果。

5.1.2 时间变量在动画中的应用

在动画中使用时间变量，其核心思想是通过改变贴图坐标、顶点位置或者颜色值等，让物体表面或者光照随时间变化。举个例子，一个简单的一维纹理动画可以通过改变纹理坐标的水平分量来实现，如下所示：

float time = _Time.y; // _Time.y 表示系统已经运行的时间// 使用时间变量改变纹理坐标float2 animatedUV = i.uv;animatedUV.x += time * 0.1; // 时间变量乘以一个系数，得到纹理水平偏移fixed4 col = tex2D(_MainTex, animatedUV);

在上述代码中，通过增加 animatedUV.x 随时间变化的值，我们可以实现水平方向上的纹理滑动效果，从而创造出一个简单的动画。同样地，使用时间变量可以模拟其他类型的变化，如颜色的闪烁、透明度的波动等。

5.2 动画效果的实现方法

5.2.1 基于时间的纹理动画

纹理动画是指通过连续更换贴图序列来制造动画效果的技术。使用时间变量来控制贴图序列的切换，可以创造流畅的动画效果。考虑以下代码示例：

float time = _Time.y;// 使用模运算来循环时间，得到一个周期性的值float cycle = frac(time);// 根据周期性的值来计算当前应该显示的纹理索引float textureIndex = cycle * 8; // 假设我们有8帧纹理动画// 使用纹理索引来获取正确的纹理fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv + _Time.y * 0.1) * _TextureArray[textureIndex];

在这个例子中， _TextureArray 是一个纹理数组，我们通过计算 cycle 来获得正确的纹理数组索引， _MainTex 是基础纹理，其坐标会被时间变量 _Time.y 所影响，从而模拟动画效果。

5.2.2 几何动画和顶点着色器动画

除了基于纹理的动画外，通过顶点着色器可以实现几何体形状随时间变化的动画效果。例如，可以使用正弦函数来模拟波动效果，或使用余弦函数来模拟球体的滚动效果。

float time = _Time.y;// 顶点在Y轴上随时间做正弦波动的动画float3 vertexPosition = i.vertex;vertexPosition.y += sin(time + vertexPosition.x) * 0.1;o.vertex = UnityObjectToClipPos(vertexPosition);

在此段代码中， vertexPosition.y 随时间及顶点X位置的正弦函数而改变，这样每个顶点在Y轴上将具有周期性波动的效果。通过在顶点着色器中对顶点位置的适当修改，可以创造出各种各样的几何动画。

5.3 动态光照与动画的结合

5.3.1 动态光影效果实现

结合动态光照和动画可以大大增强视觉效果。例如，可以利用时间变量控制光源位置的移动，这样就会在模型上产生动态的光影变化。通过适当地调整光源的位置，可以在模型上创造滑动的阴影，模拟物体的移动或光源的旋转。

float time = _Time.y;// 光源位置随时间变化float3 lightPos = float3(sin(time) * 10, 10, cos(time) * 10);// 假设我们有一个点光源fixed4 lightColor = _LightColor0;// 计算光照方向和漫反射float3 lightDir = normalize(lightPos - i.worldPos);float NdotL = dot(_WorldSpaceLightPos0.xyz, lightDir);// 其余光照计算

这段代码中，通过改变 lightPos 的值来模拟光源位置的动态变化，从而影响模型上的光照效果。

5.3.2 动画与光照效果的交互处理

将动画与光照效果结合，不仅要求Shader能够处理动态光照，还需要能够同步动画的帧和光照效果的变化。这通常需要更复杂的算法和对光照模型有深刻理解。例如，可以通过计算表面法线与光照方向的点积来模拟光照效果，当表面法线随着几何动画变化时，光照效果也应当相应改变。

// 假设N是表面法线，由模型的动画决定float3 N = normalize(...);// 计算光照float NdotL = dot(N, _WorldSpaceLightPos0.xyz);fixed4 lighting = NdotL * lightColor;

通过调整表面法线 N ，可以在动画中创建出光照随时间变化的效果，进而增强整个场景的真实感和动态性。通过动态光照与动画的结合，场景中物体的材质特性、光照条件和动画行为能够更加准确地反映出真实世界的复杂互动。

6. 屏幕空间后期处理特效

6.1 后期处理的基本概念

6.1.1 后期处理的作用和意义

后期处理是游戏和视觉媒体中一个不可或缺的环节，它主要在图像渲染完成后进行，目的是对最终图像进行增强、修饰或改变，以达到更加真实、美观或符合艺术风格的效果。后期处理可以大大提升视觉体验，通过一系列的图像处理技术，如色彩调整、对比度增强、景深效果等，可以创造出超越现实的视觉效果。

6.1.2 屏幕空间后期处理的原理

屏幕空间后期处理特效通常是在屏幕空间中进行的一系列操作，这意味着所有的效果处理都是基于已经渲染到屏幕上的图像数据进行。这种方法能够利用已经得到的屏幕缓冲区信息来实现各种效果，例如模糊、色彩校正、景深模拟等。它们通常通过一个称为屏幕空间后期处理渲染流程（Post Processing Stack）来实现，这个流程允许在摄像机渲染后的图像上叠加多个效果。

6.2 常用后期处理特效实现

6.2.1 景深（DOF）效果的实现

景深（Depth of Field，简称DOF）是一个广泛应用于电影和摄影中的技术，它模拟相机拍摄时焦点不同区域清晰度的变化。在游戏开发中，实现此效果可以大大增加场景的真实感。在Unity中，实现景深效果通常需要使用Camera组件的Depth of Field属性，配合后期处理中的Blit和Blit半径参数来调整模糊效果。

using UnityEngine;public class DepthOfFieldController : MonoBehaviour{ public Camera cam; void Update() { float aperture = 5.6f; float focusDistance = 10.0f; float focalLength = cam.focalLength; cam.depthOfField = true; cam.farClipPlane = 1000.0f; cam.focalLength = focalLength; // 修改焦距以模拟不同的镜头 cam.fieldOfView = 2 * Mathf.Atan(0.5f / focalLength) * Mathf.Rad2Deg; // 使用焦距来调整视场 // 在后期处理中设置DOF的模糊参数 // 通常需要自定义后期处理脚本来实现对焦点的精确控制 }}

6.2.2 高级模糊效果（如高斯模糊）

高斯模糊是一种广泛应用于图像处理的模糊技术，通过计算图像中每个像素点周围的平均颜色值，从而实现模糊效果。在屏幕空间后期处理中，高斯模糊通常使用一个卷积核（kernel）对图像进行卷积操作，实现平滑的模糊效果。Unity中可以通过后期处理堆栈中的\"Bloom\"或\"Blur\"效果来实现。

6.3 高级后期处理技术应用

6.3.1 色彩校正与色调映射

色彩校正和色调映射是后期处理中的重要技术，它们能够改善图像的颜色表现，调整图像的整体亮度、对比度和色彩饱和度，以达到更加符合视觉效果的目的。色调映射（tone mapping）是一种将高动态范围的场景亮度映射到低动态范围显示设备的技术，用于防止过曝和欠曝等问题。

6.3.2 光晕（Lens Flare）与光晕效果

光晕是一种模拟相机镜头在面对强光源时产生的一种视觉效果。在游戏中，它可以用来增加光照的逼真度，尤其是模拟太阳、灯或其他光源产生的光晕现象。在Unity中，光晕效果可以通过后期处理堆栈中的Lens Flare效果来实现，或者通过自定义的Shader来实现更为细致的控制。

在本章中，我们探讨了屏幕空间后期处理的基本概念和实现方法。我们了解了景深和高斯模糊的实现原理，并简要介绍了色彩校正和光晕效果的应用。在下一章中，我们将深入了解粒子系统与Shader结合使用的方式和技巧。