Unity眼球shader笔记

正面

侧面

虹膜大小参数

瞳孔大小参数

折射率参数

视差程度参数

模型

眼球结构

我们可以明显看到眼球前方有一个凸起的部位,包含了角膜房水等结构,因此在建模时需要体现出这一效果。



UV映射直接采用了Y轴平面映射。


虹膜大小调整

这里将模型自带的UV首先转换成关于原点中心对称,比较方便计算。然后将UV到原点长度大于设定值的返回巩膜颜色,小于设定值的我们做虹膜的渲染,并且使用一个新的UV(虹膜边缘UV长度为0.5,中心依然为原点)方便之后的计算。

float2 sUV = i.uv - float2(0.5, 0.5);
float2 sUVIris = sUV / _IrisRadius / 2;

虹膜视差效果

由于虹膜和瞳孔的部分是处于角膜下一定距离,并且房水和角膜作为介质有一定的的折射率,因此这里我们需要引入一个视差效果来给予眼球立体感。

我将所有的计算首先转换到模型空间下。这里如果将虹膜视为一个平面,(模型采用平面投影UV,不过此处为了让计算更简单一点采用表面法线和虹膜平面的交点作为原UV)我们可以得到如下的光路图:


只要求得了偏移量x以及偏移方向,我们就能得到偏移后的UV,使用此UV采样贴图就可得到折射后产生的视差效果。

具体计算方式是:


在有些情况下这里的UpR可能成为一个负值,不过最终我们得到的偏移量是一个标量,这个矫正需要用偏移方向向量来做。至于式子中的d,可以用一个高度纹理采样,越靠近虹膜边缘处折射越小,我这里是在shader里直接计算了球面减去平面的高度差。

float cosUpN = dot(objectNormal, float3(0,1,0));
float sinUpN = sqrt(1 - cosUpN * cosUpN);
float cosVN = dot(objectNormal,  objectViewDir);
float sinVN = sqrt(1 - cosVN * cosVN);
float sinRN = sinVN / _IOR;
float cosRN =  sqrt(1 - sinRN * sinRN);
float cosUpR = sinUpN * sinRN + cosUpN * cosRN;
float2 sUVIris = sUV / _IrisRadius / 2;
float d1 = sqrt(1 - sUVIris.x * sUVIris.x - sUVIris.y * sUVIris.y) - 0.86603;
float d2 = sqrt(0.3025 - sUVIris.x * sUVIris.x - sUVIris.y * sUVIris.y) - 0.22913;
float2 deltaUV = _Distortion * (d2 - d1) * sinRN / cosUpR * uvDirection;

一开始我直接将偏移方向设定为视线方向在虹膜平面上的投影方向向量,不过这实际上是不对的,因为实际偏移方向也是和眼球表面法线相关的。



如图所示,图中偏移方向应该向左,然而视线在平面上的投影是向右的。这个问题花费了我不少时间排除……最终我使用的计算方式是:

float3 T = cross(objectViewDir,objectNormal);
float3 D = cross(float3(0,1,0),T);
float2 uvDirection = float2(D.x,D.z);

这里采用了叉乘的方式矫正了VN空间关系导致的UV偏移方向反转。

使用得到的偏移量乘以偏移方向作为UVOffset,就能够产生比较令人信服的折射效果。

最后我们会得到一些虹膜纹理并不存在的UV(UV长度大于0.5),于是我们还要引入一张虹膜的遮罩mask让这些片段去采样巩膜纹理,以形成自然过渡的虹膜边缘。

瞳孔大小调节

我们需要对偏移后的虹膜UV做一定的remap处理达到这个效果。首先求UV到原点的长度,以及方向向量,然后经过一定对长度的处理得到一个新的长度,乘回方向向量就是我们要的原始UV数据。

float2 RemapUV(float2 uv)
{
    float lengthUV = length(uv);
    float2 uvNormalized = uv / lengthUV ;
    float newLength = 0;
    if (lengthUV  < _PupilRadius) 
    {
        newLength = lengthUV / _PupilRadius * 0.14;
    } else
    {
        newLength = (lengthUV - _PupilRadius) / (0.5 - _PupilRadius) * 0.36 + 0.14;
    }
    return uvNormalized * newLength;
}

上一段代码中的0.14是原始纹理中瞳孔的半径,这和我们采用的虹膜纹理有关,需要手动调节。

高光

这个没什么好说的,我目前只简单的在Base Pass和Add Pass中写了Phong高光公式。


Github:https://github.com/techizgit/UnityPlayground

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 203,456评论 5 477
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,370评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 150,337评论 0 337
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,583评论 1 273
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,596评论 5 365
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,572评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,936评论 3 395
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,595评论 0 258
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,850评论 1 297
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,601评论 2 321
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,685评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,371评论 4 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,951评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,934评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,167评论 1 259
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 43,636评论 2 349
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,411评论 2 342

推荐阅读更多精彩内容