Unity Shader学习笔记（20）卷积、卷积核、边缘检测算子、边缘检测

• 卷积：使用卷积核对图像每一个像素进行操作。
• 卷积核： 四方形网格结构，每个方格都有一个权重值。也称边缘检测算子。

对图像某个像素卷积时，把卷积核中心放置在像素上，翻转核（水平翻转+竖直翻转），依次计算每个元素和重合像素的乘积并求和，得到新的像素值。 

边缘检测算子

即用于边缘检测的卷积核。判断边缘可以是颜色、亮度、纹理等变换差异大小，也就是判断相邻像素之间的差值（梯度，gradient）。Gx表示检测水平方向的变化梯度，得出竖直方向的边缘线。 

每次卷积得到两个方向上的梯度值Gx和Gy，整体梯度值：G = | Gx | + | Gy |。

使用Sobel算子进行边缘检测。

Edges Only从0变化到1： 

EdgeDetection类，主要是作为变量的输入：

public class EdgeDetection : PostEffectsBase
｛
    [Range(0.0f, 1.0f)]
    public float edgesOnly = 0.0f;              // 1为只显示边缘
    public Color edgeColor = Color.black;       // 边缘色
    public Color backgroundColor = Color.white; // 背景色
    void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
    ｛
        if (TargetMaterial != null)
        ｛
            TargetMaterial.SetFloat("_EdgeOnly", edgesOnly);
            TargetMaterial.SetColor("_EdgeColor", edgeColor);
            TargetMaterial.SetColor("_BackgroundColor", backgroundColor);
        ｝
        Graphics.Blit(src, dest, TargetMaterial);
    ｝
｝

Shader：

Properties ｛
    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" ｛｝
    _EdgeOnly ("Edge Only", Float) = 1.0                // 0：只加边缘，1：只显示边缘，不显示原图
    _EdgeColor ("Edge Color", Color) = (0, 0, 0, 1)
    _BackgroundColor ("Background Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
｝

Pass ｛  
    ... 
    struct v2f ｛
        float4 pos : SV_POSITION;
        half2 uv[9] : TEXCOORD0;    // 对应周围（包括中心）像素纹理坐标
    ｝;
    v2f vert(appdata_img v) ｛
        v2f o;
        o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        half2 uv = v.texcoord;
        o.uv[0] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-1, -1);
        o.uv[1] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(0, -1);
        o.uv[2] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(1, -1);
        o.uv[3] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-1, 0);
        o.uv[4] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(0, 0);
        o.uv[5] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(1, 0);
        o.uv[6] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-1, 1);
        o.uv[7] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(0, 1);
        o.uv[8] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(1, 1);
        return o;
    ｝
    // 亮度
    fixed luminance(fixed4 color) ｛
        return  0.2125 * color.r + 0.7154 * color.g + 0.0721 * color.b; 
    ｝
    // Sobel算子采样，计算当前像素的梯度值
    half Sobel(v2f i) ｛
        // 水平卷积核、竖直卷积核
        const half Gx[9] = ｛-1,  0,  1,
                                -2,  0,  2,
                                -1,  0,  1｝;
        const half Gy[9] = ｛-1, -2, -1,
                                0,  0,  0,
                                1,  2,  1｝;     
        half texColor;
        half edgeX = 0;     // 边缘值越大，越可能是边缘
        half edgeY = 0;
        for (int it = 0; it < 9; it++) ｛
            texColor = luminance(tex2D(_MainTex, i.uv[it]));
            edgeX += texColor * Gx[it];
            edgeY += texColor * Gy[it];
        ｝
        // XY越大，最后结果越小，越可能是边缘点
        half edge = 1 - abs(edgeX) - abs(edgeY);
        return edge;
    ｝
    fixed4 fragSobel(v2f i) : SV_Target ｛
        half edge = Sobel(i);
        fixed4 withEdgeColor = lerp(_EdgeColor, tex2D(_MainTex, i.uv[4]), edge);    // 混合边缘颜色和原图颜色，edge越小，越判定为边缘
        fixed4 onlyEdgeColor = lerp(_EdgeColor, _BackgroundColor, edge);            // 混合边缘颜色和背景颜色。
        return lerp(withEdgeColor, onlyEdgeColor, _EdgeOnly);                       // 原图混合还是混合背景颜色的插值。
        ｝
    ENDCG
｝