Unity Shader——Command Buffer的使用（景深与描边效果重置版）
发表于2017-06-10
简介
Command Buffer是Unity5新增的一个灰常灰常强大的功能。先祭出官方介绍和文档。我们在渲染的时候，给OpenGL或者DX的就是一系列的指令，比如glDrawElement，glClear等等，这些东西目前是引擎去调用的，而Unity也为我们封装了更高一级的API，也就是CommandBuffer，可以让我们更加方便灵活地实现一些效果。CommandBuffer最主要的功能是可以预定义一些列的渲染指令，然后将这些指令在我们想要的时机进行执行。本篇文章简单介绍一下CommandBuffer的使用，首先实现一个简单的摄像机效果，然后通过Command Buffer重置一下之前实现过的两个效果：景深和描边效果。
CommandBuffer的基本用法
我们先来看一个最简单的例子，直接在一张RT上画个人，其实类似于摄影机效果，我们用当前的相机看见正常要看见的对象，然后在一张幕布（简单的来说，就是一个。额，面片）再渲染一次这个人物（也可以直接渲染到UI上）。
//Command Buffer测试
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
public class CommandBufferTest : MonoBehaviour ｛
private CommandBuffer commandBuffer = null;
private RenderTexture renderTexture = null;
private Renderer targetRenderer = null;
public GameObject targetObject = null;
public Material replaceMaterial = null;
void OnEnable()
｛
targetRenderer = targetObject.GetComponentInChildren<Renderer>();
//申请RT
renderTexture = RenderTexture.GetTemporary(512, 512, 16, RenderTextureFormat.ARGB32, RenderTextureReadWrite.Default, 4);
commandBuffer = new CommandBuffer();
//设置Command Buffer渲染目标为申请的RT
commandBuffer.SetRenderTarget(renderTexture);
//初始颜色设置为灰色
commandBuffer.ClearRenderTarget(true, true, Color.gray);
//绘制目标对象，如果没有替换材质，就用自己的材质
Material mat = replaceMaterial == null ? targetRenderer.sharedMaterial : replaceMaterial;
commandBuffer.DrawRenderer(targetRenderer, mat);
//然后接受物体的材质使用这张RT作为主纹理
this.GetComponent<Renderer>().sharedMaterial.mainTexture = renderTexture;
//直接加入相机的CommandBuffer事件队列中
Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterForwardOpaque, commandBuffer);
｝
void OnDisable()
｛
//移除事件，清理资源
Camera.main.RemoveCommandBuffer(CameraEvent.AfterForwardOpaque, commandBuffer);
commandBuffer.Clear();
renderTexture.Release();
｝
//也可以在OnPreRender中直接通过Graphics执行Command Buffer，不过OnPreRender和OnPostRender只在挂在相机的脚本上才有作用！！！
//void OnPreRender()
//｛
// //在正式渲染前执行Command Buffer
// Graphics.ExecuteCommandBuffer(commandBuffer);
//｝
｝
然后，我们可以把这个脚本挂在一个对象上，将要渲染的目标拖入就可以了。我们测试一下：
Command Buffer在渲染目标的时候，是支持我们使用自定义材质的，我们可以换一个材质，如果我们做了个摄像机，还不带美颜功能的话，肯定是要得差评的，所以，我们给渲染的对象换一个自定义的材质，比如边缘光效果，直接将调整好的边缘光材质球赋给Replace Material即可：
通过Command Buffer对RT进行后处理
如果感觉只是换一个材质球不够过瘾的话，我们就再发掘一下Command Buffer更深层次的功能吧！下面放大招啦！又是后处理，不过我们后处理的对象改了一下，不是基于屏幕，而是基于Command Buffer输出的那张Render Texture。比如我们稍微修改一下上面的代码，增加一个最简单的屏幕较色后处理。
//Command Buffer测试
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
public class CommandBufferTest : PostEffectBase ｛
private CommandBuffer commandBuffer = null;
private RenderTexture renderTexture = null;
private Renderer targetRenderer = null;
public GameObject targetObject = null;
public Material replaceMaterial = null;
[Range(0.0f, 3.0f)]
public float brightness = 1.0f;//亮度
[Range(0.0f, 3.0f)]
public float contrast = 1.0f; //对比度
[Range(0.0f, 3.0f)]
public float saturation = 1.0f;//饱和度
void OnEnable()
｛
targetRenderer = targetObject.GetComponentInChildren<Renderer>();
//申请RT
renderTexture = RenderTexture.GetTemporary(512, 512, 16, RenderTextureFormat.ARGB32, RenderTextureReadWrite.Default, 4);
commandBuffer = new CommandBuffer();
//设置Command Buffer渲染目标为申请的RT
commandBuffer.SetRenderTarget(renderTexture);
//初始颜色设置为灰色
commandBuffer.ClearRenderTarget(true, true, Color.gray);
//绘制目标对象，如果没有替换材质，就用自己的材质
Material mat = replaceMaterial == null ? targetRenderer.sharedMaterial : replaceMaterial;
commandBuffer.DrawRenderer(targetRenderer, mat);
//然后接受物体的材质使用这张RT作为主纹理
this.GetComponent<Renderer>().sharedMaterial.mainTexture = renderTexture;
if (_Material)
｛
//这是个比较危险的写法，一张RT即作为输入又作为输出，在某些显卡上可能不支持，如果不像我这么懒的话...还是额外申请一张RT
commandBuffer.Blit(renderTexture, renderTexture, _Material);
｝
//直接加入相机的CommandBuffer事件队列中
Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.BeforeForwardOpaque, commandBuffer);
｝
void OnDisable()
｛
//移除事件，清理资源
Camera.main.RemoveCommandBuffer(CameraEvent.BeforeForwardOpaque, commandBuffer);
commandBuffer.Clear();
renderTexture.Release();
｝
//为方便调整，放在update里面了
void Update()
｛
_Material.SetFloat("_Brightness", brightness);
_Material.SetFloat("_Saturation", saturation);
_Material.SetFloat("_Contrast", contrast);
｝
｝
好了，我们美颜相机第二版本就完成了，增加了后处理之后的效果，调整了一下饱和度，亮度，对比度之后的效果如下：
动态效果：
通过上面的几个例子，我们大概了解了Command Buffer能干的事情。首先，Command Buffer可以让我们定义一连串的渲染指令，我们可以直接在需要的时候通过Graphics.ExecuteCommandBuffer执行也可以通过Camera.AddCommandBuffer函数根据不同的CameraEvent来控制CommandBuffer执行的时间。其次，Command Buffer的效果大致等同于新建一个和主相机参数大致相同的摄像机，并且可以附加一些额外的渲染效果支持，比如替换材质渲染，对渲染的RT进行后处理等等。
不过这里我也遇到了一个问题，当使用Command Buffer渲染时，对象的shader使用diffuse等自定义shader的话，Command Buffer渲染出来的结果有时会不对，通过Frame Debuger看的时候发现Command Buffer渲染的流程是Deffer Path的，而不是我们正常的Forward Path，而工程设置以及相机设置都为Forward Path。将shader换为自己写的就木有这个问题。不知道是我哪里姿势不对还是Unity的bug……
“假”景深效果
所谓假景深，叫做背景虚化更加贴切一些。其实所有的渲染效果都是假的，都是是忽悠我们的眼睛，就比谁忽悠得又好又省。正常的景深效果，一般是基于深度计算，根据焦距将模糊图与原图插值控制焦点距离清晰，原理焦点距离模糊。but，这个效果虽然很好，但是需要深度信息，如果是deffer或者开了实时阴影，深度自然就有了，也就无所谓了，但是一般手游的基本这两种都是开不得的，那么开了深度，就会DC翻倍，再加上模糊至少十次全屏采样（降采样也许会好些）。个人感觉景深应该最昂贵的后处理效果之一了。而背景虚化的效果，简单来说就是只让人物（或者我们需要突出的部分）清晰，其他所有部分全都模糊。这种效果不需要深度图，可以在DC上省下很多消耗，而且有时候这种效果会比真正的景深更好，但还是需要看需求。我们如果实现这种效果，最简单的并且容易想到的就是新建一个相机，然后将需要突出的部分放在另一个相机渲染，在场景相机上增加一个模糊的后处理，这样，突出部分渲染后的相机叠加到场景相机的结果上，就可以只让场景模糊而人物不模糊了。不过在有了Command Buffer之后，就不需要这么麻烦了，我们可以直接通过Command Buffer控制模型的渲染时机，首先将正常的Renderer组件disable，然后强行通过Command Buffer让其在后处理之后渲染：
//在后处理之后渲染
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
[ExecuteInEditMode]
public class RenderAfterPostEffect : MonoBehaviour
｛
private CommandBuffer commandBuffer = null;
private Renderer targetRenderer = null;
void OnEnable()
｛
targetRenderer = this.GetComponentInChildren<Renderer>();
if (targetRenderer)
｛
commandBuffer = new CommandBuffer();
commandBuffer.DrawRenderer(targetRenderer, targetRenderer.sharedMaterial);
//直接加入相机的CommandBuffer事件队列中,
Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterImageEffects, commandBuffer);
targetRenderer.enabled = false;
｝
｝
void OnDisable()
｛
if (targetRenderer)
｛
//移除事件，清理资源
Camera.main.RemoveCommandBuffer(CameraEvent.AfterImageEffects, commandBuffer);
commandBuffer.Clear();
targetRenderer.enabled = true;
｝
｝
｝
上面的脚本只是控制修改模型渲染时机的，然后，我们可以在主相机上挂一个高斯模糊的后处理，调整参数后就可以得到背景虚化的效果了：
当然，不仅仅是模糊效果，挂了该脚本的对象会被所有后处理所“抛弃”，我们也可以放一些其他的后处理效果，比如漩涡扭曲：
Command Buffer的这个功能是个人感觉最有用的一个功能，可以进一步地控制某个对象的渲染序列，让我们更加方便地实现一些效果。
描边效果Command Buffer实现
描边效果（后处理版本）首先将要描边的对象用描边色渲染到一张RT上，然后将RT进行模糊操作，使对象外扩，再用外扩的RT减去原始RT就得到了轮廓部分，最后再将轮廓部分与原图混合就得到了最终的描边效果。描边效果将对象渲染到RT上之前通过额外创建一个摄像机实现的，有了Command Buffer，我们就可以直接在原始相机上进行这个操作，大大简化了程序的复杂度。关于描边效果的具体原理，可以参考本人之前的文章，这里就不多说了，直接上代码。
C#脚本部分：
/********************************************************************
FileName: OutlinePostEffectCmdBuffer.cs
Description: 后处理描边效果CommandBuffer版本
Created: 2017/06/07
by puppet_master
*********************************************************************/
using UnityEngine;
using System.Collections;
using UnityEngine.Rendering;
public class OutlinePostEffectCmdBuffer : PostEffectBase
｛
private RenderTexture renderTexture = null;
private CommandBuffer commandBuffer = null;
private Material outlineMaterial = null;
//描边prepass shader（渲染纯色贴图的shader）
public Shader outlineShader = null;
//采样率
public float samplerScale = 1;
//降采样
public int downSample = 1;
//迭代次数
public int iteration = 2;
//描边颜色
public Color outLineColor = Color.green;
//描边强度
[Range(0.0f, 10.0f)]
public float outLineStrength = 3.0f;
//目标对象
public GameObject targetObject = null;
void OnEnable()
｛
if (outlineShader == null)
return;
if (outlineMaterial == null)
outlineMaterial = new Material(outlineShader);
Renderer[] renderers = targetObject.GetComponentsInChildren<Renderer>();
if (renderTexture == null)
renderTexture = RenderTexture.GetTemporary(Screen.width >> downSample, Screen.height >> downSample, 0);
//创建描边prepass的command buffer
commandBuffer = new CommandBuffer();
commandBuffer.SetRenderTarget(renderTexture);
commandBuffer.ClearRenderTarget(true, true, Color.black);
foreach (Renderer r in renderers)
commandBuffer.DrawRenderer(r, outlineMaterial);
｝
void OnDisable()
｛
if (renderTexture)
｛
RenderTexture.ReleaseTemporary(renderTexture);
renderTexture = null;
｝
if (outlineMaterial)
｛
DestroyImmediate(outlineMaterial);
outlineMaterial = null;
｝
if (commandBuffer != null)
｛
commandBuffer.Release();
commandBuffer = null;
｝
｝
void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)
｛
if (_Material && renderTexture && outlineMaterial && commandBuffer != null)
｛
//通过Command Buffer可以设置自定义材质的颜色
outlineMaterial.SetColor("_OutlineCol", outLineColor);
//直接通过Graphic执行Command Buffer
Graphics.ExecuteCommandBuffer(commandBuffer);
//对RT进行Blur处理
RenderTexture temp1 = RenderTexture.GetTemporary(source.width >> downSample, source.height >> downSample, 0);
RenderTexture temp2 = RenderTexture.GetTemporary(source.width >> downSample, source.height >> downSample, 0);
//高斯模糊，两次模糊，横向纵向，使用pass0进行高斯模糊
_Material.SetVector("_offsets", new Vector4(0, samplerScale, 0, 0));
Graphics.Blit(renderTexture, temp1, _Material, 0);
_Material.SetVector("_offsets", new Vector4(samplerScale, 0, 0, 0));
Graphics.Blit(temp1, temp2, _Material, 0);
//如果有叠加再进行迭代模糊处理
for(int i = 0; i < iteration; i++)
｛
_Material.SetVector("_offsets", new Vector4(0, samplerScale, 0, 0));
Graphics.Blit(temp2, temp1, _Material, 0);
_Material.SetVector("_offsets", new Vector4(samplerScale, 0, 0, 0));
Graphics.Blit(temp1, temp2, _Material, 0);
｝
//用模糊图和原始图计算出轮廓图
_Material.SetTexture("_BlurTex", temp2);
Graphics.Blit(renderTexture, temp1, _Material, 1);
//轮廓图和场景图叠加
_Material.SetTexture("_BlurTex", temp1);
_Material.SetFloat("_OutlineStrength", outLineStrength);
Graphics.Blit(source, destination, _Material, 2);
RenderTexture.ReleaseTemporary(temp1);
RenderTexture.ReleaseTemporary(temp2);
｝
else
｛
Graphics.Blit(source, destination);
｝
｝
｝
描边后处理部分shader：
//后处理描边Shader
//by：puppet_master
//2017.6.7
Shader "Custom/OutLinePostEffect" ｛
Properties｛
_MainTex("Base (RGB)", 2D) = "white" ｛｝
_BlurTex("Blur", 2D) = "white"｛｝
｝
CGINCLUDE
#include "UnityCG.cginc"
//用于剔除中心留下轮廓
struct v2f_cull
｛
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
｝;
//用于模糊
struct v2f_blur
｛
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 uv01 : TEXCOORD1;
float4 uv23 : TEXCOORD2;
float4 uv45 : TEXCOORD3;
｝;
//用于最后叠加
struct v2f_add
｛
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float2 uv1 : TEXCOORD1;
｝;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_TexelSize;
sampler2D _BlurTex;
float4 _BlurTex_TexelSize;
float4 _offsets;
float _OutlineStrength;
//Blur图和原图进行相减获得轮廓
v2f_cull vert_cull(appdata_img v)
｛
v2f_cull o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.uv = v.texcoord.xy;
//dx中纹理从左上角为初始坐标，需要反向
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
o.uv.y = 1 - o.uv.y;
#endif
return o;
｝
fixed4 frag_cull(v2f_cull i) : SV_Target
｛
fixed4 colorMain = tex2D(_MainTex, i.uv);
fixed4 colorBlur = tex2D(_BlurTex, i.uv);
//最后的颜色是_BlurTex - _MainTex，周围0-0=0，黑色；边框部分为描边颜色-0=描边颜色；中间部分为描边颜色-描边颜色=0。最终输出只有边框
//return fixed4((colorBlur - colorMain).rgb, 1);
return colorBlur - colorMain;
｝
//高斯模糊 vert shader（之前的文章有详细注释，此处也可以用BoxBlur，更省一点）
v2f_blur vert_blur(appdata_img v)
｛
v2f_blur o;
_offsets *= _MainTex_TexelSize.xyxy;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.uv = v.texcoord.xy;
o.uv01 = v.texcoord.xyxy + _offsets.xyxy * float4(1, 1, -1, -1);
o.uv23 = v.texcoord.xyxy + _offsets.xyxy * float4(1, 1, -1, -1) * 2.0;
o.uv45 = v.texcoord.xyxy + _offsets.xyxy * float4(1, 1, -1, -1) * 3.0;
return o;
｝
//高斯模糊 pixel shader
fixed4 frag_blur(v2f_blur i) : SV_Target
｛
fixed4 color = fixed4(0,0,0,0);
color += 0.40 * tex2D(_MainTex, i.uv);
color += 0.15 * tex2D(_MainTex, i.uv01.xy);
color += 0.15 * tex2D(_MainTex, i.uv01.zw);
color += 0.10 * tex2D(_MainTex, i.uv23.xy);
color += 0.10 * tex2D(_MainTex, i.uv23.zw);
color += 0.05 * tex2D(_MainTex, i.uv45.xy);
color += 0.05 * tex2D(_MainTex, i.uv45.zw);
return color;
｝
//最终叠加 vertex shader
v2f_add vert_add(appdata_img v)
｛
v2f_add o;
//mvp矩阵变换
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
//uv坐标传递
o.uv.xy = v.texcoord.xy;
o.uv1.xy = o.uv.xy;
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
o.uv.y = 1 - o.uv.y;
#endif
return o;
｝
fixed4 frag_add(v2f_add i) : SV_Target
｛
//取原始场景图片进行采样
fixed4 ori = tex2D(_MainTex, i.uv1);
//取得到的轮廓图片进行采样
fixed4 blur = tex2D(_BlurTex, i.uv);
fixed4 final = ori + blur * _OutlineStrength;
return final;
｝
ENDCG
SubShader
｛
//pass 0: 高斯模糊
Pass
｛
ZTest Off
Cull Off
ZWrite Off
Fog｛ Mode Off ｝
CGPROGRAM
#pragma vertex vert_blur
#pragma fragment frag_blur
ENDCG
｝
//pass 1: 剔除中心部分
Pass
｛
ZTest Off
Cull Off
ZWrite Off
Fog｛ Mode Off ｝
CGPROGRAM
#pragma vertex vert_cull
#pragma fragment frag_cull
ENDCG
｝
//pass 2: 最终叠加
Pass
｛
ZTest Off
Cull Off
ZWrite Off
Fog｛ Mode Off ｝
CGPROGRAM
#pragma vertex vert_add
#pragma fragment frag_add
ENDCG
｝
｝
｝
描边PrePass部分shader：
//描边Shader //by：puppet_master //2017.6.7 Shader "ApcShader/OutlinePrePass" ｛ //子着色器 SubShader ｛ //描边使用两个Pass，第一个pass沿法线挤出一点，只输出描边的颜色 Pass ｛ CGPROGRAM #include "UnityCG.cginc" fixed4 _OutlineCol; struct v2f ｛ float4 pos : SV_POSITION; ｝; v2f vert(appdata_full v) ｛ v2f o; o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); return o; ｝ fixed4 frag(v2f i) : SV_Target ｛ //这个Pass直接输出描边颜色 return _OutlineCol; ｝ //使用vert函数和frag函数 #pragma vertex vert #pragma fragment frag ENDCG ｝ ｝ ｝
将描边prepass和后处理shader赋给脚本，并将需要描边的对象赋给targetObject，就可以看到描边效果了：
与之前的描边效果一致，但是代码更简洁。并且描边颜色可以直接在脚本中设置。顺便来一发好玩的效果，调整Sampler Scale以及OutLineStrength：