【Unity Shaders】Using Textures for Effects——通过修改UV坐标来滚动textures

本系列主要参考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书（感谢原书作者），同时会加上一点个人理解或拓展。

这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源（当然你也可以从官网下载）。

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题外话

新年第一篇！在此就献给了这个系列。马上就可以放假回家了，虽然还有一些事情需要处理，但是能和家人团聚实在是件很难得的事了。希望所有朋友也能记得多回家看看，借最近很热门的电影《私人定制》（我没看过甲方乙方什么的，觉得这个还不错啦）中的插曲《时间都去哪儿了》，不要等到时间都不见了才想起家人，希望朋友们和朋友的家人们在新年里都能幸福！

门前老树长新芽
院里枯木又开花
半生存了多少话
藏进了满头白发

记忆中的小脚丫
肉嘟嘟的小嘴巴
一生把爱交给他
只为那一声爸妈

时间都去哪儿了
还没好好感受年轻就老了
生儿养女一辈子
满脑子都是孩子哭了笑了

时间都去哪儿了
还没好好看看你眼睛就花了
柴米油盐半辈子
转眼就只剩下满脸的皱纹了

准备工作

1. 打开Unity，创建一个新的Shader和一个新的Material，名字分别为ScrollingUVs；
2. 确保你已下载相关资源，将第二章所需资源（在Unity assets下）导入Unity；
3. 新建一个场景，名为ScrollingUV_Scene，并新建一个光源。找到第二步中导入Unity中的模型River_GRP.fbx，拖入新建的场景中，调节摄像机位置，使River_GRP出现在合适的视角范围内；
4. 场景中的River_GRP应该包含了两个子物体，Ground_GEO和River_GEO。改变River_GEO使用的Material为第一步中创建的新的Material，Ground_GEO使用其默认材质即可。
5. 最后你可以看到类似下面的情景（我更改了Ground_GEO使用的材质的颜色，因此会呈现出土黄色）：
   

实现

1. 添加两个新的Properties，使得我们可以调整texture的滚动速度：

   	Properties {
   		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
   		// Add two properties
   		_ScrollXSpeed ("X Scroll Speed", Range(0, 10)) = 2
   		_ScrollYSpeed ("Y Scroll Speed", Range(0, 10)) = 2
   	}

2. 在CGPROGRAM部分修改代码，添加两个新的变量，对应上面新增的两个Properties，以使我们可以在后面访问它们：

                   CGPROGRAM
   		#pragma surface surf Lambert
   
   		sampler2D _MainTex;
   		fixed _ScrollXSpeed;
   		fixed _ScrollYSpeed;

3. 修改surf函数，通过tex2D函数来改变UV坐标。然后使用内置的_Time变量来根据运行时间滚动texture：

   		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
   			fixed2 scrolledUV = IN.uv_MainTex;
   
   			fixed xScrollValue = _ScrollXSpeed * _Time.y;
   			fixed yScrollValue = _ScrollYSpeed * _Time.y;
   
   			scrolledUV += fixed2(xScrollValue, yScrollValue);
   
   			half4 c = tex2D (_MainTex, scrolledUV);
   			o.Albedo = c.rgb;
   			o.Alpha = c.a;
   		}

4. 最后，Shader代码如下所示：

   Shader "Custom/ScrollingUVs" {
   	Properties {
   		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
   		// Add two properties
   		_ScrollXSpeed ("X Scroll Speed", Range(0, 10)) = 2
   		_ScrollYSpeed ("Y Scroll Speed", Range(0, 10)) = 2
   	}
   	SubShader {
   		Tags { "RenderType"="Opaque" }
   		LOD 200
   
   		CGPROGRAM
   		#pragma surface surf Lambert
   
   		sampler2D _MainTex;
   		fixed _ScrollXSpeed;
   		fixed _ScrollYSpeed;
   
   		struct Input {
   			float2 uv_MainTex;
   		};
   
   		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
   			fixed2 scrolledUV = IN.uv_MainTex;
   
   			fixed xScrollValue = _ScrollXSpeed * _Time.y;
   			fixed yScrollValue = _ScrollYSpeed * _Time.y;
   
   			scrolledUV += fixed2(xScrollValue, yScrollValue);
   
   			half4 c = tex2D (_MainTex, scrolledUV);
   			o.Albedo = c.rgb;
   			o.Alpha = c.a;
   		}
   		ENDCG
   	}
   	FallBack "Diffuse"
   }
   

5. 回到Unity的Inspector面板，给材质拖拽适当的texture（例如Chapter02_WaterfallGraph_Diffuse）。最后你会看到如下的效果（点击Play后可以看到动态效果）：
   

解释

1. 添加的两个Properties允许我们可以在Material的Inspector面板中控制Shader中使用的那些变量。详情可见上一章；
2. 在surf函数中，我们首先将UV坐标存储在scrolledUV变量中，并且该变量需要是float2类型或者fixed2类型。这是因为我们是通过以下定义的结构来传递UV的：

                   struct Input {
   			float2 uv_MainTex;
   		};

3. 随后，我们通过内置变量_Time计算UV偏移量。_Time变量返回一个float4类型的变量。关于Unity内置变量的详细信息请参见官方文档；
4. 最后，我们将计算而得的偏移量叠加到之前得到的UV坐标scrolledUV上，得到最终的UV坐标，并通过tex2D函数访问该像素值。

结束语

上面最后的效果还是不尽如人意。实际上，很多时候我们使用C#代码等来控制材质滚动，而不是在Shader中。这是因为不同的surface可能使用同一个Shader，但是需要不同的滚动速度，如果在Shader中定义这种速度，就无法实现不同的移动效果。

上面的Shader之所以不是非常美观，还有一点是因为它的光照渲染模型是Diffuse。而很多情况下，还需要透明、反射等性质。下面我们给出一种比较实用的Shader和UV滚动代码。

效果图如下：

Shader如下：

Shader "Mobile/Transparent/Vertex Color" {
	Properties {
		_Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
		_SpecColor ("Spec Color", Color) = (1,1,1,0)
		_Emission ("Emmisive Color", Color) = (0,0,0,0)
		_Shininess ("Shininess", Range (0.1, 1)) = 0.7
		_MainTex ("Base (RGB) Trans (A)", 2D) = "white" {}
	}

	Category {
		Tags {"Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"}
		ZWrite Off
		Alphatest Greater 0
		Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
		SubShader {
			Material {
				Diffuse [_Color]
				Ambient [_Color]
				Shininess [_Shininess]
				Specular [_SpecColor]
				Emission [_Emission]
			}
			Pass {
				ColorMaterial AmbientAndDiffuse
				Fog { Mode Off }
				Lighting Off
				SeparateSpecular On
	        	SetTexture [_MainTex] {
	            Combine texture * primary, texture * primary
	        }
	        SetTexture [_MainTex] {
	            constantColor [_Color]
	            Combine previous * constant DOUBLE, previous * constant
	        }
			}
		}
	}
}

控制UV滚动代码如下：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class WaterFlow : MonoBehaviour {

    public float m_SpeedU = 0.1f;
    public float m_SpeedV = -0.1f;

	// Update is called once per frame
	void Update () {
        float newOffsetU = Time.time * m_SpeedU;
        float newOffsetV = Time.time * m_SpeedV;

        if (this.renderer)
        {
            renderer.material.mainTextureOffset = new Vector2(newOffsetU, newOffsetV);
        }
	}
}

河流所使用的Material的Shader配置如下（这里的River仅仅是一个Plane）：

当然，可以选择不同的texture并调整上面的Main Color、Spec Color、Emmisive Color、Shininess等值来得到需要的效果。

需要注意的是，上面的River下面实际上还包含了一层地面，即如果没有River，画面是这样的：

除了Shader外，上面的代码很好理解。对于Shader内部的实现原理，呜，还需要深入理解一下，希望在后面的内容里会补充到。

好了，这次就到这里！