在游戲開發中，視覺效果是吸引玩家的重要因素之一。后處理技術作為提升游戲畫面質量的重要手段，廣泛應用于各種游戲中。高斯模糊作為一種常見的后處理效果，能夠為游戲畫面增添柔和、夢幻的氛圍。本文將詳細介紹如何在Unity Shader中實現高斯模糊效果。
后處理（Post-Processing）是指在渲染完場景后，對最終圖像進行進一步處理的技術。通過后處理，開發者可以實現各種視覺效果，如模糊、色彩校正、景深、抗鋸齒等。Unity提供了強大的后處理框架，使得開發者能夠輕松實現各種復雜的視覺效果。
高斯模糊是一種基于高斯函數的模糊算法，通過對圖像中的每個像素進行加權平均來實現模糊效果。高斯函數具有鐘形曲線的特點，中心像素的權重最大，隨著距離的增加，權重逐漸減小。這種加權平均的方式能夠有效地平滑圖像，同時保留邊緣信息。
高斯函數的數學表達式為：
[ G(x, y) = \frac{1}{2\pi\sigma^2} e^{-\frac{x^2 + y^2}{2\sigma^2}} ]
其中，( \sigma ) 是標準差，控制著模糊的程度。( \sigma ) 越大，模糊效果越明顯。
在實際應用中，高斯模糊通常通過卷積核（Kernel）來實現。卷積核是一個二維矩陣，矩陣中的每個元素對應高斯函數在相應位置的權重。通過對圖像進行卷積操作，可以實現高斯模糊效果。
Unity提供了多種方式來實現后處理效果，其中最常用的是通過編寫自定義Shader和使用Unity的Post-Processing Stack。
自定義Shader是Unity中最靈活的后處理實現方式。通過編寫Shader代碼，開發者可以完全控制后處理的每一個細節。本文將重點介紹如何通過自定義Shader實現高斯模糊效果。
Unity的Post-Processing Stack是一個功能強大的后處理框架，提供了多種內置的后處理效果，包括高斯模糊。通過簡單的配置，開發者可以快速實現各種復雜的視覺效果。然而，Post-Processing Stack的靈活性相對較低，無法滿足所有定制化需求。
在Unity中實現高斯模糊效果，通常需要以下幾個步驟：
首先，我們需要創建一個C#腳本來控制后處理的執行。這個腳本需要繼承自MonoBehaviour，并在OnRenderImage方法中調用Graphics.Blit方法，將后處理效果應用到渲染圖像上。
using UnityEngine;
[ExecuteInEditMode]
public class GaussianBlur : MonoBehaviour
{
public Material blurMaterial;
void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
{
if (blurMaterial != null)
{
Graphics.Blit(src, dest, blurMaterial);
}
else
{
Graphics.Blit(src, dest);
}
}
}
接下來，我們需要編寫一個Shader來實現高斯模糊效果。Shader的核心部分是通過卷積核進行圖像處理。由于高斯模糊是二維的，我們需要分別在水平和垂直方向上進行模糊處理。
Shader "Custom/GaussianBlur"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_BlurSize ("Blur Size", Float) = 1.0
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
float _BlurSize;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float2 texelSize = float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);
float2 uv = i.uv;
fixed4 color = tex2D(_MainTex, uv) * 0.2270270270;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 1.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1945945946;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 1.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1945945946;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 2.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1216216216;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 2.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1216216216;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 3.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.0540540541;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 3.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.0540540541;
return color;
}
ENDCG
}
}
}
最后，我們需要在場景中應用后處理效果。將編寫好的后處理腳本掛載到相機上，并將Shader賦值給blurMaterial。通過調整_BlurSize參數，可以控制模糊的程度。
using UnityEngine;
public class ApplyGaussianBlur : MonoBehaviour
{
public Material blurMaterial;
public float blurSize = 1.0f;
void Start()
{
GaussianBlur blur = gameObject.AddComponent<GaussianBlur>();
blur.blurMaterial = blurMaterial;
blurMaterial.SetFloat("_BlurSize", blurSize);
}
}
在上一節中，我們已經編寫了一個簡單的高斯模糊Shader。然而，這個Shader只實現了水平方向的模糊。為了實現更高質量的模糊效果，我們需要在垂直方向上也進行模糊處理。
為了實現水平和垂直方向的模糊，我們可以使用雙Pass的方式。第一個Pass用于水平方向的模糊，第二個Pass用于垂直方向的模糊。
Shader "Custom/GaussianBlur"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_BlurSize ("Blur Size", Float) = 1.0
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
float _BlurSize;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float2 texelSize = float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);
float2 uv = i.uv;
fixed4 color = tex2D(_MainTex, uv) * 0.2270270270;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 1.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1945945946;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 1.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1945945946;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 2.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1216216216;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 2.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1216216216;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 3.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.0540540541;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 3.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.0540540541;
return color;
}
ENDCG
}
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
float _BlurSize;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float2 texelSize = float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);
float2 uv = i.uv;
fixed4 color = tex2D(_MainTex, uv) * 0.2270270270;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(0.0, texelSize.y * 1.0) * _BlurSize) * 0.1945945946;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(0.0, texelSize.y * 1.0) * _BlurSize) * 0.1945945946;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(0.0, texelSize.y * 2.0) * _BlurSize) * 0.1216216216;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(0.0, texelSize.y * 2.0) * _BlurSize) * 0.1216216216;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(0.0, texelSize.y * 3.0) * _BlurSize) * 0.0540540541;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(0.0, texelSize.y * 3.0) * _BlurSize) * 0.0540540541;
return color;
}
ENDCG
}
}
}
在應用雙Pass模糊時，我們需要在C#腳本中分別調用兩個Pass。通過使用中間RenderTexture，我們可以將第一個Pass的結果傳遞給第二個Pass。
using UnityEngine;
[ExecuteInEditMode]
public class GaussianBlur : MonoBehaviour
{
public Material blurMaterial;
public float blurSize = 1.0f;
void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
{
if (blurMaterial != null)
{
RenderTexture temp = RenderTexture.GetTemporary(src.width, src.height);
Graphics.Blit(src, temp, blurMaterial, 0);
Graphics.Blit(temp, dest, blurMaterial, 1);
RenderTexture.ReleaseTemporary(temp);
}
else
{
Graphics.Blit(src, dest);
}
}
}
高斯模糊是一種計算密集型操作，尤其是在高分辨率下。為了提高性能，我們可以采用以下幾種優化方法：
降低分辨率是最簡單的優化方法。通過將渲染目標的分辨率降低一半或更多，可以顯著減少計算量。
using UnityEngine;
[ExecuteInEditMode]
public class GaussianBlur : MonoBehaviour
{
public Material blurMaterial;
public float blurSize = 1.0f;
public int downSample = 2;
void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
{
if (blurMaterial != null)
{
int width = src.width / downSample;
int height = src.height / downSample;
RenderTexture temp1 = RenderTexture.GetTemporary(width, height);
RenderTexture temp2 = RenderTexture.GetTemporary(width, height);
Graphics.Blit(src, temp1);
Graphics.Blit(temp1, temp2, blurMaterial, 0);
Graphics.Blit(temp2, temp1, blurMaterial, 1);
Graphics.Blit(temp1, dest);
RenderTexture.ReleaseTemporary(temp1);
RenderTexture.ReleaseTemporary(temp2);
}
else
{
Graphics.Blit(src, dest);
}
}
}
分離模糊是將高斯模糊分解為水平和垂直兩個方向的模糊。這種方法可以減少計算量，同時保持模糊效果。
”`csharp Shader “Custom/GaussianBlur” { Properties { _MainTex (“Texture”, 2D) = “white” {} _BlurSize (“Blur Size”, Float) = 1.0 } SubShader { Tags { “RenderType”=“Opaque” } LOD 200
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
float _BlurSize;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float2 texelSize = float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);
float2 uv = i.uv;
fixed4 color = tex2D(_MainTex, uv) * 0.2270270270;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 1.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1945945946;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 1.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1945945946;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 2.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1216216216;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 2.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.1216216216;
color += tex2D(_MainTex, uv + float2(texelSize.x * 3.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.0540540541;
color += tex2D(_MainTex, uv - float2(texelSize.x * 3.0, 0.0) * _BlurSize) * 0.0540540541;
return color;
}
ENDCG
}
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
float _BlurSize;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float2 texelSize = float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);
float2 uv =
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