cocos2d-x 强大的shader系列：【OpenGL】Shader实例分析一－Wave

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这篇文章主要分析一个Shader，从而感受shader的魅力，并学习相关shader的函数的用法。

先看Shader运行的效果（随着时间移动的波浪，具体效果请参考https://www.shadertoy.com/view/4dsGzH）：

下面是代码：

1. Shader"shadertoy/Waves"{//seehttps://www.shadertoy.com/view/4dsGzH
3. CGINCLUDE
4. #include"UnityCG.cginc"
5. #pragmatarget3.0
6. structvertOut{
7. float4pos:SV_POSITION;
8. float4srcPos;
9. };
11. vertOutvert(appdata_basev){
12. vertOuto;
13. o.pos=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
14. o.srcPos=ComputeScreenPos(o.pos);
15. returno;
16. }
17. fixed4frag(vertOuti):COLOR0{
18. fixed3COLOR1=fixed3(0.0,0.0,0.3);
19. fixed3COLOR2=fixed3(0.5,0.0);
20. floatBLOCK_WIDTH=0.03;
21. float2uv=(i.srcPos.xy/i.srcPos.w);
22. //TocreatetheBGpattern
23. fixed3final_color=fixed3(1.0);
24. fixed3bg_color=fixed3(0.0);
25. fixed3wave_color=fixed3(0.0);
26. floatc1=fmod(uv.x,2.0*BLOCK_WIDTH);
27. c1=step(BLOCK_WIDTH,c1);
28. floatc2=fmod(uv.y,108); color:inherit; line-height:18px; margin:0px!important; padding:0px 3px 0px 10px!important"> c2=step(BLOCK_WIDTH,c2);
29. bg_color=lerp(uv.x*COLOR1,uv.y*COLOR2,c1*c2);
30. //TOcreatethewaves
31. floatwave_width=0.01;
32. uv=-1.0+2.0*uv;
33. uv.y+=0.1;
34. for(floati=0.0;i<10.0;i++){
35. uv.y+=(0.07*sin(uv.x+i/7.0+_Time.y));
36. wave_width=abs(1.0/(150.0*uv.y));
37. wave_color+=fixed3(wave_width*1.9,wave_width,wave_width*1.5);
38. }
39. final_color=bg_color+wave_color;
40. returnfixed4(final_color,1.0);
41. ENDCG
42. SubShader{
43. Pass{
44. CGPROGRAM
45. #pragmavertexvert
46. #pragmafragmentfrag
47. #pragmafragmentoptionARB_precision_hint_fastest
48. FallBackOff
49. }

下面进行分析：

1.ComputeScreenPos的解析：

用于把三维的坐标转化为屏幕上的点。有两种方式，请参考官方例子

ComputeScreenPos在UnityCG.cginc文件中定义如下：

//Projectedscreenpositionhelpers
1. #defineV2F_SCREEN_TYPEfloat4
2. inlinefloat4ComputeScreenPos(float4pos){
3. float4o=pos*0.5f;
4. #ifdefined(UNITY_HALF_TEXEL_OFFSET)
5. o.xy=float2(o.x,o.y*_ProjectionParams.x)+o.w*_ScreenParams.zw;
6. #else
7. arams.x)+o.w;
8. #endif
10. #ifdefined(SHADER_API_FLASH)
11. o.xy*=unity_NPOTScale.xy;
12. o.zw=pos.zw;
13. 原理解析（待续）

    2. 背景的绘制

    2.1)fmod用于求余数，比如fmod(1.5,1.0) 返回0.5；

    2.2) step用于大小的比较，step(a,x) : 0 if x<a; 1 if x>=a; 比如: step(1,1.2),返回1; step(1,0.8) 返回0；

    2.3) 结合fmod和step可以得到一个虚线的效果。 比如要得到虚线段长度为1的代码如下：

    c1 = fmod(x,2*width); c1=step(width,c1); //其中width为1

    那么如果x的范围是［0,1)，c1的值为0；范围为[1,2)，c1的值为1；2为一个周期；

    那么fmod起到了制作周期的作用，step计算周期内的0和1；

    2.4)把2.3中的知识运用到2维，就可以计算出方块。

    lerp函数的用法：lerp(a,b,f)， f为百分数（取值范围［0，1］）；如果f为0，则lerp返回a，f为1，则返回b。f为0到1之间，就返回a到b之间的值。

    代码中的 lerp(uv.x*COLOR1,c1*c2); 其中c1和c2的取值不是为1，就是为0，所以就可以变成网格的情况。 背景绘制如下：

    3. 波纹的绘制

    3.1 ) 坐标的转化

    uv = -1.0 + 2.0*uv; // 把uv的x和y轴压缩到原来的0.5倍后，向右上角移动1个单位。

    3.2 ) 画一条直线：

    由于上面把y轴移动到屏幕的中心，所以屏幕的上半部分为正的，下半部分为负的，代码如下：

    wave_width=abs(1.0/(50.0*uv.y));

14. wave_color=fixed3(wave_width*1.9,wave_width*1.5);

其中50.0是用来控制线的宽度的（数值越大，线越细），效果如下：

3.3）把直线变为曲线，并使其动起来：

uv.y+=(0.07*sin(uv.x*10+_Time.y));

wave_width=abs(1.0/(50.0*uv.y));

wave_color=fixed3(wave_width*1.9,255)">效果如下：

3.4）多画几条曲线，形成波浪：

for(floati=0.0;i<10.0;i++){

uv.y+=(0.07*sin(uv.x+i/7.0+_Time.y));

wave_width=abs(1.0/(150.0*uv.y));

wave_color+=fixed3(wave_width*1.9,wave_width*1.5);

最终效果请见文章开头。

其实写shader，很多时候都是要通过不断地效果叠加并调试来达到效果。