Unity Shader学习笔记（23）运动模糊

两种常见方法： 
- 积累缓存（accumulation buffer），混合连续多张图像。即需要同一帧里渲染多次场景，性能消耗较大。 
- 速度缓存（velocity buffer），存储各个像素当前移动速度，利用该值判断模糊方向和大小，但曲线运动较大时会出现错误。

保持之前渲染结果不断叠加混合，模拟出运动轨迹（幻影）的视觉效果。即不用一帧里多次渲染。 

MotionBlur类：

using UnityEngine;
public class MotionBlur : PostEffectsBase
｛
    [Range(0.0f, 0.9f)]                         // 为1的时候完全代替当前帧的渲染结果
    public float blurAmount = 0.5f;             // 模糊参数
    private RenderTexture accumulationTexture;  // 保存之前图像的叠加效果
    void OnDisable()
    ｛
        DestroyImmediate(accumulationTexture);  // 用完就销毁，下一次开始应用这个重新叠加
    ｝
    void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
    ｛
        if (TargetMaterial != null)
        ｛
            // 创建积累图像
            if (accumulationTexture == null || accumulationTexture.width != src.width || accumulationTexture.height != src.height)
            ｛
                DestroyImmediate(accumulationTexture);
                accumulationTexture = new RenderTexture(src.width, src.height, 0);
                accumulationTexture.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave;          // 变量不显示在Hierarchy中，也不会保存到场景
                Graphics.Blit(src, accumulationTexture);        // 原始图像存入积累纹理
            ｝
            // 表明需要进行一个恢复操作。渲染恢复操作：发生在渲染到纹理，而该纹理有没有被提前情况或销毁情况下。
            accumulationTexture.MarkRestoreExpected();          // accumulationTexture就不需要提前清空了
            TargetMaterial.SetFloat("_BlurAmount", 1.0f - blurAmount);
            // 混合当前屏幕和之前存的混合图像
            Graphics.Blit(src, accumulationTexture, TargetMaterial);
            // 最后输出混合图像
            Graphics.Blit(accumulationTexture, dest);
        ｝
        else
            Graphics.Blit(src, dest);
    ｝
｝

Shader：

Properties ｛
    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" ｛｝
    _BlurAmount ("Blur Amount", Float) = 1.0
｝

SubShader ｛
    CGINCLUDE
    ...
    // 更新RGB，当前图像。A通道设为模糊值，方便后面混合
    fixed4 fragRGB (v2f i) : SV_Target ｛
        return fixed4(tex2D(_MainTex, i.uv).rgb, _BlurAmount);
    ｝
    // 更新A，直接返回（保护纹理的A通道，不受混合时透明度影响）
    half4 fragA (v2f i) : SV_Target ｛
        return tex2D(_MainTex, i.uv);
    ｝
    ENDCG
    ZTest Always Cull Off ZWrite Off
    Pass ｛
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
        ColorMask RGB
        CGPROGRAM
        #pragma vertex vert  
        #pragma fragment fragRGB  
        ENDCG
    ｝
    Pass ｛   
        Blend One Zero
        ColorMask A
        CGPROGRAM  
        #pragma vertex vert  
        #pragma fragment fragA
        ENDCG
    ｝
｝

速度缓存

两种方法： 
- 把场景所有物体的速度渲染到一张纹理中。缺点是需要修改所有物体的Shader，计算速度并输出到一张纹理。 
- 利用深度纹理计算每个像素世界空间下的位置。使用前一帧的变换矩阵计算，就可以得到前一帧该点的位置。通过这两个点就可以计算得到速度值。缺点是要在片元着色器中进行两次矩阵乘法。

使用深度纹理实现

MotionBlurWithDepthTexture类：

using UnityEngine;
// 使用深度纹理计算运动模糊
public class MotionBlurWithDepthTexture : PostEffectsBase
｛
    [Range(0.0f, 1.0f)]
    public float blurSize = 0.5f;
    private Camera targetCamera;
    public Camera TargetCamera ｛ get ｛ return targetCamera = targetCamera == null ? GetComponent<Camera>() : targetCamera; ｝ ｝
    private Matrix4x4 previousViewProjectionMatrix;         // 上一帧摄像机的 视角x投影 矩阵
    void OnEnable()
    ｛
        TargetCamera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;  // 设置状态以获取摄像机的深度纹理
        previousViewProjectionMatrix = TargetCamera.projectionMatrix * TargetCamera.worldToCameraMatrix;
    ｝
    void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
    ｛
        if (TargetMaterial != null)
        ｛
            TargetMaterial.SetFloat("_BlurSize", blurSize);
            // 上一帧的矩阵
            TargetMaterial.SetMatrix("_PreviousViewProjectionMatrix", previousViewProjectionMatrix);
            // 投影矩阵 * 视角矩阵 ，用于给下一帧计算该帧时的位置
            Matrix4x4 currentViewProjectionMatrix = TargetCamera.projectionMatrix * TargetCamera.worldToCameraMatrix;
            // 矩阵取逆，用于计算该帧的位置
            Matrix4x4 currentViewProjectionInverseMatrix = currentViewProjectionMatrix.inverse;
            TargetMaterial.SetMatrix("_CurrentViewProjectionInverseMatrix", currentViewProjectionInverseMatrix);
            previousViewProjectionMatrix = currentViewProjectionMatrix;
        ｝
        Graphics.Blit(src, dest, TargetMaterial);
    ｝
｝

Shader：

Properties ｛
    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" ｛｝
    _BlurSize ("Blur Size", Float) = 1.0
｝
SubShader ｛
    CGINCLUDE
    ...
    struct v2f ｛
        float4 pos : SV_POSITION;
        half2 uv : TEXCOORD0;
        half2 uv_depth : TEXCOORD1;
    ｝;
    v2f vert(appdata_img v) ｛
        v2f o;
        o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        o.uv = v.texcoord;
        o.uv_depth = v.texcoord;
        #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
        if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
            o.uv_depth.y = 1 - o.uv_depth.y;
        #endif
        return o;
    ｝
    fixed4 frag(v2f i) : SV_Target ｛
        // 深度值。通过摄像机的深度纹理和纹理坐标计算（映射）出来
        float d = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv_depth);
        // 构建像素的NDC坐标，xy像素的纹理坐标映射，
        float4 H = float4(i.uv.x * 2 - 1, i.uv.y * 2 - 1, d * 2 - 1, 1);
        // 当前帧的 视角x投影 矩阵的逆矩阵变换
        float4 D = mul(_CurrentViewProjectionInverseMatrix, H);
        // 并除w得到世界空间坐标 
        float4 worldPos = D / D.w;
        // 当前视角位置 
        float4 currentPos = H;
        // 上一帧位置
        float4 previousPos = mul(_PreviousViewProjectionMatrix, worldPos);
        previousPos /= previousPos.w;
        // 前一帧和当前帧位置差 求速度
        float2 velocity = (currentPos.xy - previousPos.xy)/2.0f;
        // 邻域像素采样，相加求平均
        float2 uv = i.uv;
        float4 c = tex2D(_MainTex, uv);
        uv += velocity * _BlurSize;
        for (int it = 1; it < 3; it++, uv += velocity * _BlurSize) ｛
            float4 currentColor = tex2D(_MainTex, uv);
            c += currentColor;
        ｝
        c /= 3;
        return fixed4(c.rgb, 1.0);
    ｝
    ENDCG
    Pass ｛      
        ZTest Always Cull Off ZWrite Off
        CGPROGRAM  
        #pragma vertex vert  
        #pragma fragment frag  
        ENDCG  
    ｝
｝