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そろそろShaderをやるパート69 影を落とす処理、受ける処理を自作Shaderに追加する

2022/04/03に公開約6,200字

そろそろShaderをやります

そろそろShaderをやります。そろそろShaderをやりたいからです。
パート100までダラダラ頑張ります。10年かかってもいいのでやります。
100記事分くらい学べば私レベルの初心者でもまあまあ理解できるかなと思っています。

という感じでやってます。

※初心者がメモレベルで記録するので
 技術記事としてはお力になれないかもしれません。

下準備

下記参考
そろそろShaderをやるパート1 Unite 2017の動画を見る(基礎知識~フラグメントシェーダーで色を変える)

デモ

手前からアウトライン処理、リムライト処理です。

一番奥は過去の記事で書いた影を落とす、受ける処理を適用したものです。
ちょっと影の品質が悪かったので、きれいに影を描画する方法がないか調べました。

【参考リンク】:そろそろShaderをやるパート37 影を落とす、受ける

Shaderサンプル

まずは影を受ける、落とすだけの処理を加えたものです。

Shader "Custom/StandardLike"
{
    Properties
    {
        //StandardShaderのパス内で利用しているProperty
        [HideInInspector] _SrcBlend ("__src", Float) = 1.0
        [HideInInspector] _DstBlend ("__dst", Float) = 0.0
        [HideInInspector] _ZWrite ("__zw", Float) = 1.0
        _Color("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _MainTex("Albedo", 2D) = "white" {}
        _Glossiness("Smoothness", Range(0.0, 1.0)) = 0.5
    }

    SubShader
    {
        //StandardShaderのパスを利用
        //フォワードレンダリングの色々
        UsePass "Standard/FORWARD"

        //StandardShaderのパスを利用
        //影を落とす処理
        UsePass "Standard/ShadowCaster"
    }
}

UsePassでStandard Shaderの影を借りてきています。
プロパティには最低限必要な要素を追加しています。
もっとリッチにしたい場合はBuiltInのコードから拝借すれば可能です。

続いてアウトラインです。

Shader "Custom/StandardLikeOutLine"
{
    Properties
    {
        //StandardShaderのパス内で利用しているProperty
        [HideInInspector] _SrcBlend ("__src", Float) = 1.0
        [HideInInspector] _DstBlend ("__dst", Float) = 0.0
        [HideInInspector] _ZWrite ("__zw", Float) = 1.0
        _Color("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _MainTex("Albedo", 2D) = "white" {}
        _Glossiness("Smoothness", Range(0.0, 1.0)) = 0.5
        
        //ToonOutLineのパスで利用しているProperty
        _OutlineWidth ("Outline width", Range (0.005, 0.03)) = 0.01
        [HDR]_OutlineColor ("Outline Color", Color) = (0,0,0,1)
        [Toggle(USE_VERTEX_EXPANSION)] _UseVertexExpansion("Use vertex for Outline", int) = 0

    }

    SubShader
    {
        //StandardShaderのパスを利用
        //フォワードレンダリングの色々
        UsePass "Standard/FORWARD"
        
        //StandardShaderのパスを利用
        //影を落とす処理
        UsePass "Standard/ShadowCaster"
      
         //他のShaderのパスを利用
        UsePass "Custom/ToonOutLine/OUTLINE"
    }
}

アウトラインのパスは過去記事の内容そのままです。
【参考リンク】:そろそろShaderをやるパート62 アウトラインの表現

最後はリムライトです。

Shader "Custom/StandardLikeRim"
{
    Properties
    {
        //StandardShaderのパス内で利用しているProperty
        [HideInInspector] _SrcBlend ("__src", Float) = 1.0
        [HideInInspector] _DstBlend ("__dst", Float) = 0.0
        [HideInInspector] _ZWrite ("__zw", Float) = 1.0
        _Color("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _MainTex("Albedo", 2D) = "white" {}
        _Glossiness("Smoothness", Range(0.0, 1.0)) = 0.5

        //Rimのパス内で利用しているProperty
        _RimColor("Rim Color", Color) = (0,1,1,1)
        _RimPower("Rim Power", Range(0,1)) = 0.4
    }

    SubShader
    {
        //StandardShaderのパスを利用
        //フォワードレンダリングの色々
        UsePass "Standard/FORWARD"

        //StandardShaderのパスを利用
        //影を落とす処理
        UsePass "Standard/ShadowCaster"

        //Rimのパスを利用
        //リムライト処理
        UsePass "Custom/Rim/RIM"
    }
}

利用しているリムライト処理のShaderは以下です。

Shader "Custom/Rim"
{
    Properties
    {
        _RimColor("Rim Color", Color) = (0,1,1,1)
        _RimPower("Rim Power", Range(0,1)) = 0.4
    }

    Category
    {
        Tags
        {
            "Queue" = "Transparent"
            "RenderType" = "Transparent"
        }

        SubShader
        {
            Pass
            {
                ZWrite On
                ColorMask 0
            }
            
            //他で利用できるようにしておく
            Name "RIM"
            Pass
            {
                //ブレンド
                Blend OneMinusDstColor One
                CGPROGRAM
                #pragma vertex vert
                #pragma fragment frag

                #include "UnityCG.cginc"

                float4 _RimColor;
                float _RimPower;

                struct appdata_t
                {
                    float4 vertex : POSITION;
                    float2 uv : TEXCOORD0;
                    float3 normal : NORMAL;
                };

                struct v2f
                {
                    float4 vertex : SV_POSITION;
                    float2 uv : TEXCOORD0;
                    float3 world_pos : TEXCOORD1;
                    float3 normalDir : TEXCOORD2;
                };

                v2f vert(appdata_t v)
                {
                    v2f o;

                    o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                    o.uv = v.uv;
                    o.world_pos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                    //法線を取得
                    o.normalDir = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                    return o;
                }

                fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
                {
                    //カメラのベクトルを計算
                    float3 viewDirection = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.world_pos.xyz);
                    //法線とカメラのベクトルの内積を計算し、補間値を算出
                    half rim = 1.0 - saturate(dot(viewDirection, i.normalDir));
                    //補間値で塗分け
                    float4 col = lerp(float4(0, 0, 0, 0), _RimColor, rim * _RimPower);
                    return col;
                }
                ENDCG
            }
        }
    }
}

Blend

Blend処理によって、Standard Shaderの処理の後に行ったリムライト処理を
きれいにブレンドしています。

Rim Shader内でBlend処理を行わなかった場合の描画結果は以下です。

"Standard Shaderのパスで行ったピクセルへの書き込み処理"が
"Rim Shaderのパスで行ったピクセルへの書き込み処理"によって上書きされてしまっています。

Blend処理を用いて、2つのパスの処理を綺麗にブレンドしています。

【参考リンク】:ShaderLab: Blending

おわりに

自作Shaderに影の表現を追加するときのベストプラクティス、
どこかに転がってないんですかね。

この記事のやり方が一般的に正しいかどうかはわかっていないです。

Discussion

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