關(guān)于billboard技術(shù)，原理就是計(jì)算出來(lái)一個(gè)始終朝向攝像機(jī)的面片，可以在CPU里計(jì)算，也可以在GPU里實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用的場(chǎng)合很多：
- 游戲角色的頭頂文字，血條
- 場(chǎng)景的樹(shù)，草
- 特效粒子片
- 3d場(chǎng)景里的2d角色
world space計(jì)算
思路：shader中傳入面片的中心點(diǎn)的世界坐標(biāo)，以及攝像機(jī)的right和up在world space的方向，中心點(diǎn)直接沿著right和up方向計(jì)算四個(gè)頂點(diǎn)的世界坐標(biāo)，定點(diǎn)數(shù)據(jù)中包含了每個(gè)頂點(diǎn)的偏移信息。然后乘以ViewProjection矩陣，作為輸出。
這里有個(gè)trick的地方，就是從object space 到world space是沒(méi)有旋轉(zhuǎn)的，只有偏移，所以攝像機(jī)在世界空間的right就是模型空間的right。MV的逆矩陣相當(dāng)于View到Object的變換，轉(zhuǎn)置是為了去列向量好取。
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float2 vertexOffset : TEXCOORD1;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
//這里相當(dāng)于取列向量
float3 right = UNITY_MATRIX_IT_MV[0].xyz;
float3 up = UNITY_MATRIX_IT_MV[1].xyz;
v.vertex.xyz += v.vertexOffset.x * right + v.vertexOffset.y * up;
o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_VP, float4(v.vertex.xyz, 1.0));
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// sample the texture
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
return col;
}
ENDCG
unity c#中生成mesh的代碼
Vector3[] vertices = new Vector3[4]
{
worldPos,
worldPos,
worldPos,
worldPos
};
int[] indices = new int[6]
{
0, 2, 1, 0, 3, 2
};
Vector2[] uvs = new Vector2[4]
{
new Vector2(0, 0),
new Vector2(0, 1),
new Vector2(1, 1),
new Vector2(1, 0),
};
Vector2[] uv2s = new Vector2[4]
{
new Vector2(-0.5f, -0.5f),
new Vector2(0.5f, -0.5f),
new Vector2(0.5f, 0.5f),
new Vector2(-0.5f, 0.5f),
};
meshFilter.mesh.vertices = vertices;
meshFilter.mesh.triangles = indices;
meshFilter.mesh.uv = uvs;
meshFilter.mesh.uv2 = uv2s;
clip space計(jì)算
思路：還是傳入中心點(diǎn)的世界坐標(biāo)，以及4個(gè)頂點(diǎn)的偏移信息。把中心點(diǎn)轉(zhuǎn)到
clip space，然后按照偏移信息縮放。這個(gè)適用的場(chǎng)合是面片不隨距離攝像機(jī)的遠(yuǎn)近而縮放。
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float2 vertexOffset : TEXCOORD1;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 color : TEXCOORD1;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.vertex.xyz /= o.vertex.w;
o.vertex.xy += v.vertexOffset.xy * float2(0.2, 0.05);
o.vertex.w = 1;
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// sample the texture
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
return col;
}
ENDCG
view space計(jì)算
上面兩種方式都是通過(guò)傳入中心點(diǎn)坐標(biāo)到shader進(jìn)行計(jì)算，但是有時(shí)候并不能獲得面片的中心點(diǎn)坐標(biāo)，比如Unity中的SpriteRenderer，這時(shí)候的思路是：把中心點(diǎn)即（0，0，0，1）（Object space）轉(zhuǎn)到View Space，然后頂點(diǎn)再做偏移。
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_P,
mul(UNITY_MATRIX_MV, float4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0))
+ float4(i.vertex.x, i.vertex.y, 0.0, 0.0));
CPU計(jì)算
思路：面片的位置發(fā)生變化，或者攝像機(jī)發(fā)生變化的時(shí)候，重新計(jì)算一下面片的旋轉(zhuǎn)，讓它始終朝向攝像機(jī)
private void CalcBillboard()
{
if(instance != null)
{
instance.transform.rotation = Camera.main.transform.rotation;
}
}
參考資料
知乎專欄-程序員的自我修養(yǎng) 歡迎關(guān)注，交流游戲開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)。
