[Unity3D]用RawImage给单个3D物体描边

对于我们这个项目来说,这个描边精细度是可以接受的。性能方面,放在低端的手机上,虽然会有点的掉帧,从锁定的30帧变成了24-30帧不断切换的样子。不像以前那样,用了后处理描边,妥妥地从30帧掉到了12-14帧。

目前在做的一个项目,有一个3D物体描边的需求,以前都是使用屏幕后处理的方式给3D物体描边的。近期在做性能优化,发现屏幕后处理实在是太消耗性能了,在移动手机上,即使是中偏高端的手机都会受影响,更不用说是低端的手机了。所以自然地就要搜索各种描边的方式之类的,发现一篇对描边讲得非常全面的文章。
参考文章:Unity Shader实现描边效果

这个文章写得真的非常全面,各种描边的方式,优势和劣势都讲得很详细。不过给我印象深刻的还是后处理描边的方式,效果确实好。
我们项目之前的后处理方式,是用一个额外的相机单独渲染某个物体,得到一张RT,然后将这张RT在OnRenderImage的函数里通过一个材质球跟源图进行合并。Graphics.Blit(source, destination, _Material);

然后我就突发奇想,用后处理做描边,不就是在原图上叠加了一张新的图么。这个格式我熟啊,作为资深的UI拼图仔,马上就想到了Canvas+RawImage+Camera+RT的方式,都是叠加图片,这样子岂不是更好?有点小激动啊,用这种方式就可以避免后处理的消耗了啊。

这里提一下,使用额外的Camera+RT+CullingMask可以单独渲染某个3D物体,然后给Camera设置一个渲染的Shader(这个shader很简单,像素着色器直接return fixed4(1,1,1,1)就行),将物体的像素全都改成白色,非物体区域可以全透明。这里有个要注意的点,额外的相机要作为在主相机的子物体,并且大部分属性应该复用主相机的属性,保证两个相机渲染同一个物体的是一样的形状。

        //这些相机的设定,大部分是沿用以前用后处理做描边的时候的设置。
        _tempRT = RenderTexture.GetTemporary(Screen.width, Screen.height, 24);
        _tempRT.name = "用于描边选中对象";
        //把这个额外的相机参数设置成主相机一样//
        if (!_init)
        {
            rtCamera.CopyFrom(_camera);
            //清除所有的颜色
            rtCamera.clearFlags = CameraClearFlags.Color; 
            //透明的背景
            rtCamera.backgroundColor = new Color(0, 0, 0, 0);
            rtCamera.cullingMask = 1 << ((int)ELayer.ActiveBuilding);
            rtCamera.depth = 1;
            rtCamera.SetReplacementShader(occupiedShader, "");
            _init = true;
        }
        rtCamera.gameObject.SetActive(true);
        rtCamera.enabled = true;
        rtCamera.targetTexture = _tempRT;
        //
        RawImage.texture = _tempRT;
        RawImage.gameObject.SetActive(true);
渲染出来的图片

OK,大致的想法有了。那么现在的问题就从3D物体的描边需求转换成了2D图片的描边需求。这个搜索了下,找到合适的文章。
参考文章:UnityShader 2D描边效果

因为我要用于UGUI,所以结合文章的第一个Shader和UI-Default的Shader,复制粘贴各种,然后修改一下颜色返回。

// Unity built-in shader source. Copyright (c) 2016 Unity Technologies. MIT license (see license.txt)

Shader "Custom/UIEdge"
{
    Properties
    {
        [PerRendererData] _MainTex ("Sprite Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Tint", Color) = (1,1,1,1)
        _OffsetUV ("OffsetUV", Range(0, 1)) = 0.1
        _EdgeColor ("EdgeColor", Color) = (1, 0, 0, 1)
        _AlphaTreshold ("Treshold", Range(0, 1)) = 0.5  

        _StencilComp ("Stencil Comparison", Float) = 8
        _Stencil ("Stencil ID", Float) = 0
        _StencilOp ("Stencil Operation", Float) = 0
        _StencilWriteMask ("Stencil Write Mask", Float) = 255
        _StencilReadMask ("Stencil Read Mask", Float) = 255

        _ColorMask ("Color Mask", Float) = 15

        [Toggle(UNITY_UI_ALPHACLIP)] _UseUIAlphaClip ("Use Alpha Clip", Float) = 0
    }

    SubShader
    {
        Tags
        {
            "Queue"="Transparent"
            "IgnoreProjector"="True"
            "RenderType"="Transparent"
            "PreviewType"="Plane"
            "CanUseSpriteAtlas"="True"
        }

        Stencil
        {
            Ref [_Stencil]
            Comp [_StencilComp]
            Pass [_StencilOp]
            ReadMask [_StencilReadMask]
            WriteMask [_StencilWriteMask]
        }

        Cull Off
        Lighting Off
        ZWrite Off
        ZTest [unity_GUIZTestMode]
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
        ColorMask [_ColorMask]


        Pass
        {
            Name "Default"
        CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma target 2.0

            #include "UnityCG.cginc"
            #include "UnityUI.cginc"

            #pragma multi_compile __ UNITY_UI_ALPHACLIP

            struct appdata_t
            {
                float4 vertex   : POSITION;
                float4 color    : COLOR;
                float2 texcoord : TEXCOORD0;
                UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
            };

            struct v2f
            {
                float4 vertex   : SV_POSITION;
                fixed4 color    : COLOR;
                fixed2 uv[5] : TEXCOORD0;
                UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO
            };

            sampler2D _MainTex;
            fixed4 _Color;
            fixed4 _TextureSampleAdd;
            float4 _ClipRect;
            float4 _MainTex_ST;

            fixed _OffsetUV;
            fixed4 _EdgeColor;
            fixed _AlphaTreshold;


            v2f vert(appdata_t v)
            {
                v2f OUT;
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
                UNITY_INITIALIZE_VERTEX_OUTPUT_STEREO(OUT);
                OUT.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                //OUT.texcoord = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);

                OUT.color = v.color * _Color;
                OUT.uv[0] = v.texcoord;  
                OUT.uv[1] = v.texcoord + fixed2(0, _OffsetUV); //up  
                OUT.uv[2] = v.texcoord + fixed2(-_OffsetUV, 0); //left  
                OUT.uv[3] = v.texcoord + fixed2(0, -_OffsetUV); //bottom  
                OUT.uv[4] = v.texcoord + fixed2(_OffsetUV, 0); //right 
                return OUT;
            }

            fixed4 frag(v2f IN) : SV_Target
            {
                half4 color = (tex2D(_MainTex, IN.uv[0]) + _TextureSampleAdd) * IN.color;
                #ifdef UNITY_UI_ALPHACLIP
                clip (color.a - 0.001);
                #endif

                if(color.a == 0){
                    return color;
                }
                fixed4 original = color; 
                fixed alpha = original.a;
                fixed p1 = tex2D(_MainTex, IN.uv[1]).a;  
                fixed p2 = tex2D(_MainTex, IN.uv[2]).a;  
                fixed p3 = tex2D(_MainTex, IN.uv[3]).a;  
                fixed p4 = tex2D(_MainTex, IN.uv[4]).a;  
                alpha = p1 + p2 + p3 + p4 + alpha;  
                alpha /= 5;  
  
                if (alpha < _AlphaTreshold) {
                    original.rgb = _EdgeColor.rgb; 
                }else{
                    original.a = 0;
                } 
                return original;
            }
        ENDCG
        }
    }
}

这个Shader的主要作用,就是把渲染出来的RT的白色接近边缘的地方保留下来,其余的像素全部设置为透明。这里其实应用到了Canvas的一个特性,就是屏幕尺寸自适应性,配合RectTransform可以让RawImage渲染出来的描边图片完美地贴合到物体上面。

Canvas使用的是ScreenSpace的方式,并且单独给这个Canvas设置了一个独立的相机渲染, 这里要注意的问题可能就是这个相机的Depth,给一个合适的值,要在场景相机的上方,游戏UI相机的下方。

image.png
描边效果

对于我们这个项目来说,这个描边精细度是可以接受的。性能方面,放在低端的手机上,虽然会有点的掉帧,从稳定的30帧变成了24-30帧不断切换的样子。不像以前那样,用了后处理描边,妥妥的掉到了12-14帧。

如果对描边有高精细度要求的,可以优化UI的描边shader去改良,我们项目因为对描边没有很高要求,所以shader的计算量越少越好。我这里主要是想提供一种思路。

害,这里就想起图形学的真理,看起来像是真的那它的做法就是对的。很多时候不管做法合不合“规矩”,只要能达到同样或者类似的效果,就是好的做法。


其实呢,这里有个小插曲。Unity的屏幕后处理,就是在继承MonoBehaviour然后重写OnRenderImage的函数,我原先是以为仅仅是重写这个函数,不会消耗太多的性能。后来经过测试发现,就算在OnRenderImage里什么都不做,只是默认的Graphics.Blit(source, destination),都有很大的性能消耗。我查了下,有的人说是OnRenderImage是从GPU里反向获取像素信息,然后重新渲染,这一个流程跟OnRenderImage函数内部的实现毫无关联。于是我就确定了这个项目优化绝对不能使用后处理做描边的想法。

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