Unity3D选中物体描边特效
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Unity3D选中物体描边特效相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1 前言
描边的难点在于如何检测和识别边缘，当前实现描边特效的方法主要有以下几种：
1）基于顶点膨胀的描边方法
在 SubShader 中开 2 个 Pass 渲染通道，第一个 Pass 通道渲染膨胀的顶点，即将顶点坐标沿着法线方向向外扩展，并使用纯色给扩展后的顶点着色，第二个 Pass 通道渲染原顶点，并覆盖第一个 Pass 通道渲染的内部。
该方案实现简单，算法效率高，但是对于拐角较大的两个面交界处，会出现描边断裂，并且描边的宽度会受到透视投影影响。
基于模板测试和顶点膨胀的描边方法 解决了描边断裂和描边宽度受透视影响问题。
2）基于法线的描边方法
对于物体的任意一顶点，判断视线向量（该点指向相机的向量）与该点法线向量的夹角（记为 θ）是否近似 90 度，如果近似 90 度，就将该点识别为边缘，并进行边缘着色。实际应用中，通常采用模糊描边着色法，而不是阈值法，即将 sin(θ) 作为该点渲染描边色的强度。
该方案属于内描边，实现简单，算法效率高，但是物体中间 θ 值近似 90 度的地方也会被描边。
3）基于深度纹理的描边方法
对渲染后的屏幕纹理进行二次渲染，根据像素点周围颜色的差异判断是否是物体边缘像素，如果是边缘，需要重新进行边缘着色。判断边缘的具体做法是：对该像素点周围的像素点进行卷积运算，得到该点的梯度（反映该点附件颜色突变的强度），根据梯度阈值判断该点是否是边缘。
该方案属于内描边，实现有一定难度，算法效率一般，算法依赖梯度阈值，并且受颜色、光照、阴影等影响较大如：地面的影子可能会被描边。
4）基于法线和深度纹理的描边方法
通过引入法线纹理，对方案 3) 进行优化。该方案不仅考虑了深度纹理图中任意点的梯度，还考虑了法线纹理图中该点的梯度，通过综合两种梯度和梯度阈值，确定该点是否需要边缘着色。
该方案属于内描边，效果较好，实现较难，算法依赖梯度阈值。
5）基于模板纹理模糊膨胀的描边方法
首先使用纯色对选中的物体进行渲染，得到模板纹理，接着对模板纹理进行模糊处理，使模板颜色往外扩，得到模糊纹理，再根据模板纹理和模糊纹理对所有物体重新渲染，渲染规则：如果该像素点在模板纹理内部，就渲染原色，如果在模板纹理外部，就根据模糊纹理的透明度判断渲染原色还是模糊纹理色。
该方案属于外描边，效果较好，实现较难，但算法不依赖阈值。
本文代码资源见→Unity3D选中物体描边特效。
2 基本原理
本文采用基于模板纹理模糊膨胀的描边方法，本节将通过图文详细介绍该算法的原理。
1）原图
2）模板纹理
说明：清屏颜色为 (0, 0, 0, 0)，后面会用到 。通过 Graphics.ExecuteCommandBuffer(commandBuffer) 对选中的物体进行渲染，得到模板纹理。
3）模糊纹理
说明：通过对模板纹理进行模糊处理， 使模板颜色向外扩展，得到模糊纹理，外扩的部分就是需要描边的部分。
4）合成纹理
说明：根据模板纹理和模糊纹理对所有物体重新渲染，渲染规则：如果该像素点在模板纹理内部，就渲染原色，如果在模板纹理外部，就根据模糊纹理的透明度判断渲染原色还是模糊纹理色，如下：
// 由于模糊纹理的外部清屏颜色是(0, 0, 0, 0), blur.a=0, 因此模糊纹理的外部也会被渲染为原色
color.rgb = lerp(source.rgb, blur.rgb, blur.a); // lerp(a,b,x)=(1-x)*a+x*b
color.a = source.a;5）描边颜色和宽度渐变
描边颜色由模板颜色决定，通过设置模板颜色随时间变化，实现描边颜色渐变，通过设置模板透明度随时间变化，实现描边在出现和消失，视觉上感觉描边在扩大和缩小。
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target // 片段着色器
float t1 = sin(_Time.z); // _Time = float4(t/20, t, t*2, t*3)
float t2 = cos(_Time.z);
// 描边颜色随时间变化, 描边透明度随时间变化, 视觉上感觉描边在膨胀和收缩
return float4(t1 + 1, t2 + 1, 1 - t1, 1 - t2);
渐变模板图如下：
渐变描边效果如下：
6）缺陷
如果描边的物体存在重叠，由于所有物体共一个模板纹理，将存在描边消融现象。
模板纹理如下：
描边消融如下：
可以看到，正方体、球体、胶囊体、圆柱体下方及人体都没有描边特效，因为它们在模板纹理的内部，被消融掉了。
3 代码实现
OutlineEffect.cs
using System;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
public class OutlineEffect : MonoBehaviour
public static Action<CommandBuffer> renderEvent; // 渲染事件
public float offsetScale = 2; // 模糊处理像素偏移
public int iterate = 3; // 模糊处理迭代次数
public float outlineStrength = 3; // 描边强度
private Material blurMaterial; // 模糊材质
private Material compositeMaterial; // 合成材质
private CommandBuffer commandBuffer; // 用于渲染模板纹理
private RenderTexture stencilTex; // 模板纹理
private RenderTexture blurTex; // 模糊纹理
private void Awake()
blurMaterial = new Material(Shader.Find("Custom/Outline/Blur"));
compositeMaterial = new Material(Shader.Find("Custom/Outline/Composite"));
commandBuffer = new CommandBuffer();
private void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)
if (renderEvent != null)
RenderStencil(); // 渲染模板纹理
RenderBlur(source.width, source.height); // 渲染模糊纹理
RenderComposite(source, destination); // 渲染合成纹理
else
Graphics.Blit(source, destination); // 保持原图
private void RenderStencil() // 渲染模板纹理
stencilTex = RenderTexture.GetTemporary(Screen.width, Screen.height, 0);
commandBuffer.SetRenderTarget(stencilTex);
commandBuffer.ClearRenderTarget(true, true, Color.clear); // 设置模板清屏颜色为(0,0,0,0)
renderEvent.Invoke(commandBuffer);
Graphics.ExecuteCommandBuffer(commandBuffer);
private void RenderBlur(int width, int height) // 对模板纹理进行模糊化
blurTex = RenderTexture.GetTemporary(width, height, 0);
RenderTexture temp = RenderTexture.GetTemporary(width, height, 0);
blurMaterial.SetFloat("_OffsetScale", offsetScale);
Graphics.Blit(stencilTex, blurTex, blurMaterial);
for (int i = 0; i < iterate; i ++)
Graphics.Blit(blurTex, temp, blurMaterial);
Graphics.Blit(temp, blurTex, blurMaterial);
RenderTexture.ReleaseTemporary(temp);
private void RenderComposite(RenderTexture source, RenderTexture destination) // 渲染合成纹理
compositeMaterial.SetTexture("_MainTex", source);
compositeMaterial.SetTexture("_StencilTex", stencilTex);
compositeMaterial.SetTexture("_BlurTex", blurTex);
compositeMaterial.SetFloat("_OutlineStrength", outlineStrength);
Graphics.Blit(source, destination, compositeMaterial);
RenderTexture.ReleaseTemporary(stencilTex);
RenderTexture.ReleaseTemporary(blurTex);
stencilTex = null;
blurTex = null;
说明： OnRenderImage 方法是MonoBehaviour的生命周期方法，在所有的渲染完成后由 MonoBehavior 自动调用，该方法依赖相机组件，由于 OnRenderImage 在渲染后调用，因此被称为后处理操作，它是 Unity3D 特效的重要理论分支；Graphics.Blit(source, dest, material) 用于将 source 纹理按照 material 材质重新渲染到 dest；CommandBuffer 携带一系列的渲染命令，依赖相机，用来拓展渲染管线的渲染效果；OutlineEffect 脚本组件必须挂在相机上。
OutlineObject.cs
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
public class OutlineObject : MonoBehaviour
private Material stencilMaterial; // 模板材质
private void Awake()
stencilMaterial = new Material(Shader.Find("Custom/Outline/Stencil"));
private void OnEnable()
OutlineEffect.renderEvent += OnRenderEvent;
// _StartTime用于控制每个选中的对象颜色渐变不同步
stencilMaterial.SetFloat("_StartTime", Time.timeSinceLevelLoad * 2);
private void OnDisable()
OutlineEffect.renderEvent -= OnRenderEvent;
private void OnRenderEvent(CommandBuffer commandBuffer)
Renderer[] renderers = gameObject.GetComponentsInChildren<Renderer>();
foreach (Renderer r in renderers)
commandBuffer.DrawRenderer(r, stencilMaterial); // 将renderer和material提交到主camera的commandbuffer列表进行渲染
说明：被选中的物体将会添加 OutlineObject 脚本组件，用于渲染选中对象的模板纹理，每个选中对象独立持有 stencilMaterial，互不干扰，描边的渐变相位（由_StartTime控制）可以由选中对象独立控制，这样每个模板的颜色就可以独立控制，从而实现每个选中对象描边各异的效果。
SelectController.cs
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
public class SelectController : MonoBehaviour
private List<GameObject> targets; // 选中的游戏对象
private List<GameObject> loseFocus; // 失焦的游戏对象
private RaycastHit hit; // 碰撞信息
private void Start()
Camera.main.gameObject.AddComponent<OutlineEffect>();
targets = new List<GameObject>();
loseFocus = new List<GameObject>();
hit = new RaycastHit();
private void Update()
if (Input.GetMouseButtonUp(0))
GameObject hitObj = GetHitObj();
if (hitObj == null) // 未选中任何物体, 已描边的全部取消描边
targets.ForEach(obj => loseFocus.Add(obj));
targets.Clear();
else if (Input.GetKey(KeyCode.LeftControl) || Input.GetKey(KeyCode.RightControl))
if (targets.Contains(hitObj)) // Ctrl重复选中, 取消描边
loseFocus.Add(hitObj);
targets.Remove(hitObj);
else // Ctrl追加描边
targets.Add(hitObj);
else // 单选描边
targets.ForEach(obj => loseFocus.Add(obj));
targets.Clear();
targets.Add(hitObj);
loseFocus.Remove(hitObj);
DrawOutline();
private void DrawOutline() // 描边
targets.ForEach(obj =>
if (obj.GetComponent<OutlineObject>() == null)
obj.AddComponent<OutlineObject>();
else
obj.GetComponent<OutlineObject>().enabled = true;
);
loseFocus.ForEach(obj =>
if (obj.GetComponent<OutlineObject>() != null)
obj.GetComponent<OutlineObject>().enabled = false;
);
loseFocus.Clear();
private GameObject GetHitObj() // 获取屏幕射线碰撞的物体
Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
if (Physics.Raycast(ray, out hit))
return hit.collider.gameObject;
return null;
说明：通过单击物体，给选中的物体添加 OutlineObject 脚本组件，再由 OutlineEffect 控制描边。按住 Ctrl 键再单击物体会追加选中，如果重复选中，会取消描边。
StencilShader.shader
Shader "Custom/Outline/Stencil"
Properties
_StartTime ("startTime", Float) = 0 // _StartTime用于控制每个选中的对象颜色渐变不同步
SubShader
Pass
CGPROGRAM // CG语言的开始
// 编译指令 着色器名称 函数名称
#pragma vertex vert // 顶点着色器, 每个顶点执行一次
#pragma fragment frag // 片段着色器, 每个像素执行一次
#pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest // fragment使用最低精度, fp16, 提高性能和速度
// 导入头文件
#include "UnityCG.cginc"
float _StartTime;
struct appdata // 顶点函数输入结构体
half4 vertex: POSITION; // 顶点坐标
;
struct v2f // 顶点函数输出结构体
float4 pos : SV_POSITION;
;
v2f vert(appdata v) // 顶点着色器
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
return o;
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target // 片段着色器
float t1 = sin(_Time.z - _StartTime); // _Time = float4(t/20, t, t*2, t*3)
float t2 = cos(_Time.z - _StartTime);
// 描边颜色随时间变化, 描边透明度随时间变化, 视觉上感觉描边在膨胀和收缩
return float4(t1 + 1, t2 + 1, 1 - t1, 1 - t2);
ENDCG // CG语言的结束
FallBack off
说明： StencilShader 用于渲染模板纹理，并且其颜色和透明度随时间变化，实现描边颜色渐变、宽度在膨胀和收缩效果。_StartTime 用于控制时间偏移，由物体被选中的时间决定，每个物体被选中的时间不一样，因此选中物体模板颜色各异，描边颜色也各异。
BlurShader.shader
Shader "Custom/Outline/Blur"
Properties
_MainTex ("stencil", 2D) = ""
_OffsetScale ("offsetScale", Range (0.1, 3)) = 2 // 模糊采样偏移
SubShader
Pass
ZTest Always
Cull Off
ZWrite Off
Lighting Off
Fog Mode Off
CGPROGRAM // CG语言的开始
#pragma vertex vert // 顶点着色器, 每个顶点执行一次
#pragma fragment frag // 片段着色器, 每个像素执行一次
#pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest // fragment使用最低精度, fp16, 提高性能和速度
#include "UnityCG.cginc"
sampler2D _MainTex;
half _OffsetScale;
half4 _MainTex_TexelSize; //_MainTex的像素尺寸大小, float4(1/width, 1/height, width, height)
struct appdata // 顶点函数输入结构体
half4 vertex: POSITION;
half2 texcoord: TEXCOORD0;
;
struct v2f // 顶点函数输出结构体
float4 pos : POSITION;
half2 uv[4] : TEXCOORD0;
;
v2f vert (appdata v) // 顶点着色器
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
half2 offs = _MainTex_TexelSize.xy * _OffsetScale;
// uv坐标向四周扩散
o.uv[0].x = v.texcoord.x - offs.x;
o.uv[0].y = v.texcoord.y - offs.y;
o.uv[1].x = v.texcoord.x + offs.x;
o.uv[1].y = v.texcoord.y - offs.y;
o.uv[2].x = v.texcoord.x + offs.x;
o.uv[2].y = v.texcoord.y + offs.y;
o.uv[3].x = v.texcoord.x - offs.x;
o.uv[3].y = v.texcoord.y + offs.y;
return o;
fixed4 frag(v2f i) : COLOR // 片段着色器
fixed4 color1 = tex2D(_MainTex, i.uv[0]);
fixed4 color2 = tex2D(_MainTex, i.uv[1]);
fixed4 color3 = tex2D(_MainTex, i.uv[2]);
fixed4 color4 = tex2D(_MainTex, i.uv[3]);
fixed4 color;
// max: 2个向量中每个分量都取较大者, 这里通过max函数将模板的边缘向外扩, rgb=stencil.rgb
color.rgb = max(color1.rgb, color2.rgb);
color.rgb = max(color.rgb, color3.rgb);
color.rgb = max(color.rgb, color4.rgb);
color.a = (color1.a + color2.a + color3.a + color4.a) / 4; // 透明度向外逐渐减小
return color;
ENDCG // CG语言的结束
Fallback off
说明： BlurShader 用于渲染模糊纹理，通过对模板纹理模糊化处理，实现模板颜色外扩，外扩的部分就是需要描边的部分。
CompositeShader.shader
Shader "Custom/Outline/Composite"
Properties
_MainTex ("source", 2D) = ""
_StencilTex ("stencil", 2D) = ""
_BlurTex ("blur", 2D) = ""
_OutlineStrength ("OutlineStrength", Range(1, 5)) = 3
SubShader
Pass
ZTest Always
Cull Off
ZWrite Off
Lighting Off
Fog Mode off
CGPROGRAM // CG语言的开始
#pragma vertex vert // 顶点着色器, 每个顶点执行一次
#pragma fragment frag // 片段着色器, 每个像素执行一次
#pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest // fragment使用最低精度, fp16, 提高性能和速度
#include "UnityCG.cginc"
sampler2D _MainTex;
sampler2D _StencilTex;
sampler2D _BlurTex;
float _OutlineStrength;
float4 _MainTex_TexelSize; //_MainTex的像素尺寸大小, float4(1/width, 1/height, width, height)
struct appdata // 顶点函数输入结构体
half4 vertex: POSITION;
half2 texcoord: TEXCOORD0;
;
struct v2f // 顶点函数输出结构体
float4 pos : POSITION;
half2 uv : TEXCOORD0;
;
v2f vert (appdata v) // 顶点着色器
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.texcoord;
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
o.uv.y = 1 - o.uv.y; // 在Direct3D平台下, 如果我们开启了抗锯齿, 则_MainTex_TexelSize.y 会变成负值
return o;
fixed4 frag(v2f i) : COLOR // 片段着色器
fixed4 source = tex2D(_MainTex, i.uv);
fixed4 stencil = tex2D(_StencilTex, i.uv);
if (any(stencil.rgb))
// 绘制选中物体
return source;
else
// 绘制选中物体以外的图像
fixed4 blur = tex2D(_BlurTex, i.uv);
fixed4 color;
color.rgb = lerp(source.rgb, blur.rgb * _OutlineStrength, saturate(blur.a - stencil.a));
color.a = source.a;
return color;
ENDCG // CG语言的结束
Fallback Off
说明： CompositeShader 用于渲染合成纹理，根据模板纹理和模糊纹理对所有物体重新渲染，渲染规则：如果该像素点在模板纹理内部，就渲染原色，如果在模板纹理外部，就根据模糊纹理的透明度判断渲染原色还是模糊纹理色。
4 运行效果
单击物体选中描边，按住 Ctrl 键单击物体追加选中描边，单击地面或空白地方所有已描边物体取消描边（删除了地面的碰撞体组件）。
5 拓展
HighlightingSystem 插件也实现了基于模板纹理模糊膨胀的描边方法，插件资源在Unity3D选中物体描边特效的【Assets\\Plugins\\HighlightingSystem】目录下。
该插件与本文的区别在于模板纹理的渲染方式不同，本文通过 CommandBuffer 渲染模板纹理，HighlightingSystem 通过第二个相机渲染模板纹理（camera.Render() 方法），具体操作如下：在 HighlightingEffect 脚本组件的 OnPreRender 方法中，通过 Copy 主相机新生成一个相机，并将其 cullingMask 设置为 highlightingLayer（值为7），用于渲染图层为 7 的物体的模板纹理，被添加 HighlightableObject 脚本组件的物体在渲染模板纹理时其图层将会被临时更改为 7，渲染结束后又恢复原图层。
该插件存在一个缺陷，7 号图层需要预留出来，否则 7 号图层的物体周围将存在一个模糊的灰色边缘。
HighlightingSystem 插件的使用方法如下：将 HighlightingEffect 脚本组件挂在相机下，给需要描边的物体添加 SpectrumController 脚本组件。运行时，已添加 SpectrumController 脚本组件的物体将会被自动添加 HighlightableObject 脚本组件。
6 推荐阅读
Unity 基于法线和深度实现完美描边，可独立控制物体描边
目录
前言
最近项目需要快速出一版卡通渲染风格进行吸量测试。但是原来的模型非常不适合使用back face 的描边方案(很难看)，不得已寻求其他的描边方案，于是有了现在这篇基于法线和深度的后处理描边。
优点：
- 描边宽度一致。
- 重叠部分也能有描边。
- 不会出现断裂
缺点： - 后处理时有一定消耗（全屏采样8次）
本文是基于buildin 渲染管线，非URP。（老项目，没办法）
本文会使用自定义post-processing，目的是可以和其他的post-processing效果结合，方便使用。
不熟悉post-processing 的同学可以看下面这个文章：
PostProcessing的使用
自定义PostProcess
using System;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering.PostProcessing;
[Serializable]
[PostProcess(typeof(PostProcessOutlineRenderer), PostProcessEvent.BeforeStack, "Post Process Outline")]
public sealed class PostProcessOutline : PostProcessEffectSettings
//声明变量
public IntParameter scale = new IntParameter value = 1 ;
public FloatParameter depthThreshold = new FloatParameter value = 1 ;
[Range(0, 1)]
public FloatParameter normalThreshold = new FloatParameter value = 0.4f ;
[Range(0, 1)]
public FloatParameter depthNormalThreshold = new FloatParameter value = 0.5f ;
public FloatParameter depthNormalThresholdScale = new FloatParameter value = 7 ;
public ColorParameter color = new ColorParameter value = Color.white ;
public sealed class PostProcessOutlineRenderer : PostProcessEffectRenderer<PostProcessOutline>
public override void Render(PostProcessRenderContext context)
//将面板变量对Outline shader赋值
var sheet = context.propertySheets.Get(Shader.Find("Hidden/Outline Post Process"));
sheet.properties.SetFloat("_Scale", settings.scale);
sheet.properties.SetFloat("_DepthThreshold", settings.depthThreshold);
sheet.properties.SetFloat("_NormalThreshold", settings.normalThreshold);
Matrix4x4 clipToView = GL.GetGPUProjectionMatrix(context.camera.projectionMatrix, true).inverse;
sheet.properties.SetMatrix("_ClipToView", clipToView);
sheet.properties.SetFloat("_DepthNormalThreshold", settings.depthNormalThreshold);
sheet.properties.SetFloat("_DepthNormalThresholdScale", settings.depthNormalThresholdScale);
sheet.properties.SetColor("_Color", settings.color);
context.command.BlitFullscreenTriangle(context.source, context.destination, sheet, 0);
添加这个脚本后，我们就可以在PostProcess面板上进行输入参数控制
使用properties.SetXXX 将数据传入后处理Shader中
sheet.properties.SetFloat("_Scale", settings.scale);
后面Shader所使用的外部数据基本都由这里输入。
完整的Shader代码会放在最后。
OutlineShader关键代码说明
1 使用深度绘制描边
1.1 获得斜四方形UV坐标：
float halfScaleFloor = floor(_Scale * 0.5);
float halfScaleCeil = ceil(_Scale * 0.5);
float2 bottomLeftUV = i.texcoord - float2(_MainTex_TexelSize.x, _MainTex_TexelSize.y) * halfScaleFloor;
float2 topRightUV = i.texcoord + float2(_MainTex_TexelSize.x, _MainTex_TexelSize.y) * halfScaleCeil;
float2 bottomRightUV = i.texcoord + float2(_MainTex_TexelSize.x * halfScaleCeil, -_MainTex_TexelSize.y * halfScaleFloor);
float2 topLeftUV = i.texcoord + float2(-_MainTex_TexelSize.x * halfScaleFloor, _MainTex_TexelSize.y * halfScaleCeil);
i.texcoord 是屏幕UV
_Scale 是我们用来调整描边粗细的参数。通过floor 和ceil, 使得halfScaleFloor 和 halfScaleCeil 在调整_Scale时，以整数改变。通过这种方式，我们就可以让边缘检测像素以原UV位置向4个斜方向每次增加1像素。(因为深度和法线图是用point filtering采样的，不存在插值，所以我们使用整数增加)
1.2 采样四方向深度
float depth0 = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, bottomLeftUV).r;
float depth1 = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, topRightUV).r;
float depth2 = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, bottomRightUV).r;
float depth3 = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, topLeftUV).r;
如果我们查看depth0的结果，可以看到下图
离摄像机越近，颜色越亮，越远则越暗。
这时我们就可以用两两深度图相减，这样两图深度相近的地方颜色值就非常小。深度差别大的地方则相反。
float depthFiniteDifference0 = depth1 - depth0;
float depthFiniteDifference1 = depth3 - depth2;
return abs(depthFiniteDifference0) * 100;//为了方便查看结果扩大100倍
得到下图：
现在将两张深度图的平方相加再开方（The Roberts Cross 边缘检测方法)
float edgeDepth = sqrt(pow(depthFiniteDifference0, 2) + pow(depthFiniteDifference1, 2)) * 100;
return edgeDepth;
获得下图：
这个时候，一些外围边缘已经清晰可见。但是我们还是能在物体表面看到一些灰色区域。所以我们需要把较低的深度值过滤掉。
使用阈值_DepthThreshold
edgeDepth = edgeDepth > _DepthThreshold ? 1 : 0;
return edgeDepth;
在_DepthThreshold 值设定为0.2时，得到下图
这样，我们就解决了灰色区域。但是我们也注意到前方有一个Cube的顶部全部填充的白色，后方的两个Cube重叠区域没有描边，梯子和前方方块有些边缘没有绘制。
我们先解决后方Cube的问题。
因为深度值是非线性的，越到后面深度相差就越小。那么我们就要根据深度值改变阈值大小。
float depthThreshold = _DepthThreshold * depth0;
edgeDepth = edgeDepth > depthThreshold ? 1 : 0;
再将_DepthThreshold 改到1.5 我们可以看到
这样，后面重叠的Cube也能看到边缘了。
接下来我们要解决一些边缘缺失的问题。
2 使用法线绘制描边
为了获得所有物体法线数据，我们需要一个摄像机，来绘制法线图。然后将法线图保存到一个Shader全局变量中：_CameraNormalsTexture
为主摄像机添加脚本：
using UnityEngine;
public class RenderReplacementShaderToTexture : MonoBehaviour
[SerializeField]
Shader replacementShader;
[SerializeField]
RenderTextureFormat renderTextureFormat = RenderTextureFormat.ARGB32;
[SerializeField]
FilterMode filterMode = FilterMode.Point;
[SerializeField]
int renderTextureDepth = 24;
[SerializeField]
CameraClearFlags cameraClearFlags = CameraClearFlags.Color;
[SerializeField]
Color background = Color.black;
[SerializeField]
string targetTexture = "_RenderTexture";
private RenderTexture renderTexture;
private new Camera camera;
private void Start()
foreach (Transform t in transform)
DestroyImmediate(t.gameObject);
Camera thisCamera = GetComponent<Camera>();
// Create a render texture matching the main camera's current dimensions.
renderTexture = new RenderTexture(thisCamera.pixelWidth, thisCamera.pixelHeight, renderTextureDepth, renderTextureFormat);
renderTexture.filterMode = filterMode;
// Surface the render texture as a global variable, available to all shaders.
Shader.SetGlobalTexture(targetTexture, renderTexture);
// Setup a copy of the camera to render the scene using the normals shader.
GameObject copy = new GameObject("Camera" + targetTexture);
camera = copy.AddComponent<Camera>();
camera.CopyFrom(thisCamera);
camera.transform.SetParent(transform);
camera.targetTexture = renderTexture;
camera.SetReplacementShader(replacementShader, "RenderType");
camera.depth = thisCamera.depth - 1;
camera.clearFlags = cameraClearFlags;
camera.backgroundColor = background;
通过SetReplacementShader，将场景中物体替换为绘制法线的Shader。得到法线图。
绘制法线Shader：
Shader "Hidden/Normals Texture"
Properties
SubShader
Tags
"RenderType" = "Opaque"
Pass
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
;
struct v2f
float4 vertex : SV_POSITION;
float3 viewNormal : NORMAL;
;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
v2f vert (appdata v)
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.viewNormal = COMPUTE_VIEW_NORMAL;
//o.viewNormal = mul((float3x3)UNITY_MATRIX_M, v.normal);
return o;
float4 frag (v2f i) : SV_Target
return float4(normalize(i.viewNormal) * 0.5 + 0.5, 0);
ENDCG
点击Play按钮，我们能在生成的法线摄像机中看到下图：
这时，我们就可以在Outline Shader中使用法线数据了。
同样，我们进行斜四方向采样。
float3 normal0 = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraNormalsTexture, sampler_CameraNormalsTexture, bottomLeftUV).rgb;
float3 normal1 = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraNormalsTexture, sampler_CameraNormalsTexture, topRightUV).rgb;
float3 normal2 = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraNormalsTexture, sampler_CameraNormalsTexture, bottomRightUV).rgb;
float3 normal3 = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraNormalsTexture, sampler_CameraNormalsTexture, topLeftUV).rgb;
然后继续使用The Roberts Cross 方法计算边缘：
float3 normalFiniteDifference0 = normal1 - normal0;
float3 normalFiniteDifference1 = normal3 - normal2;
float edgeNormal = sqrt(dot(normalFiniteDifference0, normalFiniteDifference0) + dot(normalFiniteDifference1, normalFiniteDifference1));
edgeNormal = edgeNormal > _NormalThreshold ? 1 : 0;
return edgeNormal;
由于 normalFiniteDifference0 是个float3 向量，所以使用点乘Dot来代替平方。得到下图：
可以看到，通过法线比较获得的边缘，不会有一块白的区域。
并且我们得到了一些深度检测没有获得的边缘。
现将两个结果合并：
float edge = max(edgeDepth, edgeNormal);
return edge;
得到下图：
3 解决倾斜表面白块问题
因为深度检测的原因，倾斜表面像素间会有很大的深度差。所以容易产生白块。为了解决这个问题，我们还需要知道摄像机到表面的方向（view direction 视方向）
3.1 计算视方向
由于我们采样的法线图是在视空间（view space），那么我们也需要在视空间的视方向。为了得到它，我们需要摄像机的 裁减到视空间（clip to view） 或者 逆投影（inverse projection） 矩阵。
但是这个矩阵在默认的屏幕shader中是不能获得的，所以我们通过C#将矩阵传递进来。
在custom postprocess中的代码：
Matrix4x4 clipToView = GL.GetGPUProjectionMatrix(context.camera.projectionMatrix, true).inverse;
sheet.properties.SetMatrix("_ClipToView", clipToView);
于是，我们就可以在vert着色器中计算视空间中的视方向了。
o.vertex = float4(v.vertex.xy, 0.0, 1.0);
o.viewSpaceDir = mul(_ClipToView, o.vertex).xyz;
3.2 使用视方向修正阈值
得到视方向后，我们就可以得到NdotV（也成为菲列尔），表示法线和视方向的重合度。
//法线在0...1范围， 视方向在 -1...1范围，需要统一范围
float3 viewNormal = normal0 * 2 - 1;
float NdotV = 1 - dot(viewNormal, -i.viewSpaceDir);
return NdotV;
得到下图：
我们引入阈值_DepthNormalThreshold 来控制NdotV的影响范围
同时引入_DepthNormalThresholdScale控制调节范围在0 - 1之间
float normalThreshold01 = saturate((NdotV - _DepthNormalThreshold) / (1 - _DepthNormalThreshold));
float normalThreshold = normalThreshold01 * _DepthNormalThresholdScale + 1;
然后将新的法线阈值和深度阈值结合：
float depthThreshold = _DepthThreshold * depth0 * normalThreshold;
得到一个较完美的描边
最后合并图像原有颜色：
float4 color = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.texcoord);
float4 edgeColor = float4(_Color.rgb, _Color.a * edge);
return alphaBlend(edgeColor, color);
得到最终效果图。
4 单独控制物体是否显示描边
因为是后处理，通常情况下，看到的物体都会被描边。但是我们有时候又需要排除一些不需要描边的物体。这时我们可以通过控制材质球的shaderPassEnable来实现。
public class ShaderPassController : MonoBehaviour
public bool value;
public string passName = "Always";
// Start is called before the first frame update
void Start()
var mat = GetComponent<Renderer>().material;
mat.SetShaderPassEnabled(passName, value);
用于绘制法线的Shader 没有声明Tag。此时，Unity会默认设置Tag“LightModel”=“Always”
此时，我们可以通过SetShaderPassEnabled 关闭Shader中Tag为"Always"的Pass. 关闭后，此物体的Shader对于法线摄像机等于没有任何Pass，所以不会被绘制。当我们给茶壶添加ShaderPassController脚本后，法线摄像机如下图：
如果物体原本的shader使用的是“Always”Tag，为了防止被关闭Pass，可以添加tags “LightModel”=“ForwardBase” 来规避
此时，我们只需判断没有法线数据的点就是没有描边就可以了。
if (normal3.r == 1 && normal3.g == 1 && normal3.b == 1
&& normal0.r == 1 && normal0.g == 1 && normal0.b == 1
&& normal1.r == 1 && normal1.g == 1 && normal1.b == 1
&& normal2.r == 1 && normal2.g == 1 && normal2.b == 1)
edge = 0;
得到下图：
OutlineShader完整代码
Shader "Hidden/Outline Post Process"
SubShader
Cull Off ZWrite Off ZTest Always
Pass
// Custom post processing effects are written in HLSL blocks,
// with lots of macros to aid with platform differences.
// https://github.com/Unity-Technologies/PostProcessing/wiki/Writing-Custom-Effects#shader
HLSLPROGRAM
#pragma vertex Vert
#pragma fragment Frag
#include "Packages/com.unity.postprocessing/PostProcessing/Shaders/StdLib.hlsl"
TEXTURE2D_SAMPLER2D(_MainTex, sampler_MainTex);
// _CameraNormalsTexture contains the view space normals transformed
// to be in the 0...1 range.
TEXTURE2D_SAMPLER2D(_CameraNormalsTexture, sampler_CameraNormalsTexture);
TEXTURE2D_SAMPLER2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture);
// Data pertaining to _MainTex's dimensions.
// https://docs.unity3d.com/Manual/SL-PropertiesInPrograms.html
float4 _MainTex_TexelSize;
float _Scale;
float _DepthThreshold;
float _NormalThreshold;
float4x4 _ClipToView;
float _DepthNormalThreshold;
float _DepthNormalThresholdScale;
float4 _Color;
// Combines the top and bottom colors using normal blending.
// https://en.wikipedia.org/wiki/Blend_modes#Normal_blend_mode
// This performs the same operation as Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha.
float4 alphaBlend(float4 top, float4 bottom)
float3 color = (top.rgb * top.a) + (bottom.rgb * (1 - top.a));
float alpha = top.a + bottom.a * (1 - top.a);
return float4(color, alpha);
struct Varyings
float4 vertex : SV_POSITION;
float2 texcoord : TEXCOORD0;
float2 texcoordStereo : TEXCOORD1;
float3 viewSpaceDir : TEXCOORD2;
#if STEREO_INSTANCING_ENABLED
uint stereoTargetEyeIndex : SV_RenderTargetArrayIndex;
#endif
;
Varyings Vert(AttributesDefault v)
Varyings o;
o.vertex = float4(v.vertex.xy, 0.0, 1.0);
o.viewSpaceDir = mul(_ClipToView, o.vertex).xyz;
o.texcoord = TransformTriangleVertexToUV(v.vertex.xy);
#if 37.如何把握好 transition 和 animation 的时序，创作描边按钮特效