【Unity Shaders】学习笔记——SurfaceShader（五）让纹理动起来

【Unity Shaders】学习笔记——SurfaceShader（五）让纹理动起来

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写作本系列文章时使用的是Unity5.3。
写代码之前：

1. 当然啦，如果Unity都没安装的话肯定不会来学Unity Shaders吧？

2. 阅读本系列文章之前你需要有一些编程的概念。

3. 在VS里面，Unity Shaders是没有语法高亮显示和智能提示的，VS党可以参考一下这篇文章使代码高亮显示，也可以下载shaderlabvs或NShader之类的插件使代码高亮显示。

4. 这是针对小白的Unity Shaders的基础知识，如果你已经有了基础或者你是大神，那么这些文章不适合你。

5. 由于作者水平的局限，文中或许会有谬误之处，恳请指出。

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通过更改Input结构体里UV坐标，我们可以让纹理动起来。
这是一段河流的简易Shader：

Shader "Custom/ScrollUVs" {
    Properties {
        _MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
        _ScrollXSpeed ("X Scroll Speed", Range(0, 10)) = 2
        _ScrollYSpeed ("Y Scroll Speed", Range(0, 10)) = 2
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        // Physically based Standard lighting model, and enable shadows on all light types
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows

        sampler2D _MainTex;
        fixed _ScrollXSpeed;
        fixed _ScrollYSpeed;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            fixed2 scrolledUV = IN.uv_MainTex; 

            fixed xScrollValue = _ScrollXSpeed * _Time.y;
            fixed yScrollValue = _ScrollYSpeed * _Time.y;

            scrolledUV += fixed2(xScrollValue,yScrollValue);

            // Albedo comes from a texture tinted by color
            fixed4 c = tex2D (_MainTex, scrolledUV);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

效果如下：

使用的是这张纹理：

原理很简单，看过前面的文章，你一定可以看懂这段代码，原理就是随着时间增加UV坐标x和y值。
这里有一个_Time变量我们没有见过，它是Unity内置的变量。
这是Unity对它的定义：

float4  _Time : Time (t/20, t, t*2, t*3), use to animate things inside the shaders

Unity官网Shaderlab内置变量介绍
_Time和C#里的Time.time变量类似，不同的是，它是一个四维向量，而不是标量。它包含四个不同大小的时间值，_Time.x就是二十分之一的时间。_Time.y、_Time.z、_Time.w同理。根据自己的需要选择某个分量。

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现在介绍一下Sprite Animation。
有Unity经验的人，或许有用C#脚本写过精灵动画，那么用Shader写精灵动画原理也是一样的，也是使纹理坐标的Offset随着时间阶梯式变化。
代码如下：

Shader "Custom/AnimateSprites" {
    Properties {
        _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
        _CellAmount ("Cell Amount", float) = 0.0
        _Speed ("Speed", Range(0.01, 32)) = 12
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert

        sampler2D _MainTex;
        float _CellAmount;
        float _Speed;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            //Lets store our UVs in a seperate variable
            float2 spriteUV = IN.uv_MainTex;  

            //Lets calculate the width of a singe cell in our
            //sprite sheet and get a uv percentage that each cel takes up.
            float cellUVPercentage = 1.0 / _CellAmount;  

            //Lets get a stair step value out of time so we can increment
            //the uv offset
            float timeVal = fmod(_Time.y * _Speed, _CellAmount);
            timeVal = ceil(timeVal); 

            //Animate the uv's forward by the width precentage of
            //each cell
            float xValue = spriteUV.x;
            xValue += timeVal;
            xValue *= cellUVPercentage;  

            spriteUV = float2(xValue, spriteUV.y);  

            half4 c = tex2D (_MainTex, spriteUV);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

关键的地方也有注释，所以是很容易读懂的。
fmod是取余，ceil是向上取整。
需要说明一下的地方应该就是：
UV坐标乘某个数，相当于修改纹理的Tilling，UV坐标加上某个数，相当于修改纹理的Offset。

优化

上面的那个脚本只实现了x方向上的偏移，当然你也可以实现更多维度的精灵动画，只要添加y方向上的偏移即可。
但是这样做可能会使Shader进行大量的计算，影响程序性能。所以我们可以将计算坐标偏移的代码转移到C#中，让CPU分担一部分计算。
这是C#中的代码：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class SpriteAnimator : MonoBehaviour
{

    public float speed = 0.0f;
    public int cellAmount = 0;

    float timeValue = 0.0f;

    void start()
    {
        transform.renderer.material.SetFloat("_cellAmount",cellAmount);
    }

    // Update is called once per frame
    void FixedUpdate ()
    {
        timeValue = Mathf.Ceil(Time.time * speed % cellAmount);
        transform.renderer.material.SetFloat("_TimeValue", timeValue);
    }
}

这就是在C#里将变量传递给shader的方法。这样就将一部分计算转移到了C#脚本中。
因为CPU更擅长复杂的、有逻辑的运算，而GPU擅长并行运算，所以对于顶点、像素之类的计算（通常是几百几千个相同但不复杂的计算），应该让GPU进行，而比较复杂的计算可以转移到CPU中，再把数据喂给GPU。这是优化性能的一个方法。