学习教程来自:【技术美术百人计划】图形 3.3 曲面细分与几何着色器 大规模草渲染

Unity版本：Unity 2019.3.15f1


感谢老师的传道授业解惑，本篇用于总结复习和实践

1. 知识基础

TESS能做什么？

  1. 将曲面细分：直线逼近曲线、正方体细分成球体

  2. 增加凹凸感，与置换贴图结合使用


对比图

  1. 优化：根据既定规则（如，距离）控制细分面数

GS能做什么？

  1. 几何动画：爆炸破碎效果

  2. 草地生成


OpenGL中的着色顺序

图片来源


2. TESS

pragma hull hullProgram


pragma domain ds

输入输出

输入Patch，将图元细分，输出细分后的顶点

流程

  1. HULL Shader：设定参数；对输入进行变化（若需要）

  2. Tessellation Primitive Generation：细分操作

  3. Domain Shader：空间转换

    vert函数（不是顶点着色器 ）对顶点进行了变化

  4. 顶点替换的vert函数

    使用切线空间矩阵将法线转换回世界空间

3. GS

pragma geometry geo

输入输出

均为图元，输出的图元需要按顺序逐顶点构建

几何着色器函数

在切线空间中生成并转换到对象空间

4. TESS和GS结合使用

生成一个更加接近实际的模拟草地

几何着色器部分

  1. 生成一棵草

    顶点从下往上添加，一共 SEGMENT * 2 + 1 个点

  2. 草的弯曲（bend）和朝向（wind+facing）

    最下边的2个点只考虑朝向

  3. 草的密度调整

    在HullShader部分基于距离调整参数

  4. 效果

5. 课后作业

基于草的效果，尝试实现物体在草地上运动时产生的交互。

思路

这里使用了一个圆形小球作为运动的物体，小球下方的草地会被压平（height降低），未被压平但在小球周围的物体，会收到挤压向周围弯曲（facing和bend），并且这些与小球产生接触的草，收到风的影响会降低（wind）。


因此需要在几何着色器中重新计算以上的变化矩阵，基于当前小球在世界空间下的位置。

height

disFactor 为世界空间下的顶点与小球的距离

underFactor 为判断是否草在正下方

disFactor = compileFactor(_TestLocation,vWorldPos);
underFactor = disFactor < 0.6 ? 0.2 * disFactor : 1;

height = height * disFactor * underFactor;

facing

计算一个朝向，使周围的小草都朝向小球（只考虑XZ平面，从-Z方向开始超箭头方向一周，return的值从0变化到2PI，用arccos可求得）

float compileFacingFactor(float3 xPos, float3 yPos){
        float x = yPos.x-xPos.x;
        float z = yPos.z-xPos.z;
        float t = 0;
        if(x < 0){
            x = -x;
            z = -z;
            t = UNITY_PI;
        }
        return acos(dot(float3(0, 0, -1),normalize(float3(x, 0, z)))) + t;
}

facingFactor = compileFacingFactor(_TestLocation,vWorldPos);
facingRotationMatrixCus = AngleAxis3x3(facingFactor, float3(0, 0, 1));

bend

按距离增加了弯曲程度（不太严谨，应该离得越近越弯曲）

forwardFactor = 2;
bendRotationMatrixCus = AngleAxis3x3(forwardFactor * disFactor * _BendRotationRandom * UNITY_PI * 0.5, float3(-1, 0, 0));

wind

越近受到风的影响越小

windFactor = 0.5;
windRotationCus = AngleAxis3x3(UNITY_PI * windSample * windFactor * disFactor, wind);

效果图

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