Unity粒子遇上著色器，引爆視覺特效

最新 08-28

由Real-Time VFX舉辦的首屆「偉大的變形者」視覺特效大賽已落下帷幕，最終冠軍花落Micha? Pi?tek使用Unity中的粒子特效結合著色器實現的作品。今天這篇文章將由Unity技術經理鮑健運，為大家剖析該特效作品的實現過程。

下面先來看看這個特效作品的視頻：

根據Micha?的思路，他想實現的是類似於「鍊金術」一般的，強烈化學反應伴隨著奇特物理變形的效果。須臾間圓環膨脹扭轉，似銀瓶乍破水漿迸。一陣水銀瀉地之後，復凝結成一混沌，電光火石間化作靜置的茶壺。是不是非常的賞心悅目？現在就為大家解析如何實現這些視覺特效。

基本原理

該特效實質上是基於粒子系統驅動的著色器控制畫面的表現，場景中的粒子用於控制器物表面的凸起位置、強度和顏色。Micha?還同步處理了參考發射器（Emitter）生命周期的溶解紋理（Dissolve Texture），因此可以在Unity粒子系統呈現的動畫過程中看到淡出效果。

GIF/2K

為了進一步優化效果，場景還引入了具有質量和阻力係數的空氣阻力模塊，以及隨機化的吸引器模塊，它會針對每個粒子產生吸引力的效果，從而表現出凝結成混沌。

偽3D氣泡

Micha?撰寫了一些自定義的網格著色器，自定義粒子氣泡著色器以及自定義shuriken模塊。偽3D氣泡就是其中比較有趣的一個實現。

實現這樣的效果需要自定義Unity表面著色器（Surface Shader），該著色器包含以下參數：

法線貼圖，如下所示：

法線貼圖的強度倍數，主要用於控制法線的強度

噪音紋理用來對法線圖片與剪切紋理進行變形

剪切紋理

這裡的關鍵點是，使用法線緩衝（Normal Buffer）創建假陰影的環境光遮蔽（Ambient Occlusion），它有助於展現「3D」外觀。基於這樣的處理，就能表現出如下圖這樣非常「真實」的偽3D氣泡效果：

Melt Shader

回顧整個特效的過程，不難發現一切都是從熔化的圓環開始的。Micha?寫了一個叫Melt Shader的著色器，作用於圓環和茶壺之上。只要擁有適當的平鋪UV（tiled UV），並應用一些雜訊紋理，它就可以作用於任意網格。基本上這個著色器的參數都是由粒子系統驅動的，以下就是在材質檢視窗口（Material Inspector）的所有參數設置：

下面的簡短視頻顯示了這些著色器參數變化對於特效表現的影響。如調節中止閾值（Cutoff Threshold），可以改變圓環表面粗細及有無的變化顯示；改變中止遮罩速度（Cutoff mask speed），就直接改變了它們的變化速度；修改塌陷強度（Collapse Strength），會影響圓環表面的塌陷凹凸狀變化的效果；增加重力強度（Gravity Strength），會產生圓環在重力作用下向平面的塌陷效果。這些綜合起來可以理解為，這個著色器「擠壓」網格，並為它施加一個偽重力，即著色器越是給網格施壓，物體就越是靠近地面。假定地面是平坦的，就可以通過使用地形高度圖（Terrain Heightmap）作為一種地面等級來改善著色器的效果。

視頻中展現的著色器的另一部分，即調整噪音縮放（Noise Tiling），用於改變特效的隨機化程度。其實就是基於紋理的溶解和在頂點著色器中採樣的噪音紋理。

Melting Object

下面來分析粒子系統驅動的數據，Micha?使用粒子的尺寸（Size）和顏色（Color）來控制一些著色器參數。為了更好的進行參數調整，MeltingObject腳本除了引用了「熔化」對象的渲染器（Melting Object Renderer）和粒子渲染器（Particles Renderer），還添加了網格剔除值（Cutoff Value），塌陷強度（Collapse Strength，即重力）和發光強度倍數值（Emission Strength），以曲線的形式編輯。如下圖所示：