OpenGLShader如何实现彩色光圈效果

这篇文章主要介绍OpenGL Shader如何实现彩色光圈效果，文中介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们一定要看完！

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具体内容如下

研究了一个彩色光圈效果，效果如下：

代码如下：

Shader "shadertoy/TotalNoob" { //https://www.shadertoy.com/view/XdlSDs
 Properties{
 iMouse ("Mouse Pos", Vector) = (100,100,0,0)
 iChannel0("iChannel0", 2D) = "white" {} 
 iChannelResolution0 ("iChannelResolution0", Vector) = (100,100,0,0)
 }
 
 CGINCLUDE 
 #include "UnityCG.cginc" 
 #pragma target 3.0 
 #pragma glsl
 
 #define vec2 float2
 #define vec3 float3
 #define vec4 float4
 #define mat2 float2x2
 #define iGlobalTime _Time.y
// #define mod fmod // mod = sign*fmod
 #define mix lerp
 #define atan atan2
 #define fract frac 
 #define texture2D tex2D
 // 屏幕的尺寸
 #define iResolution _ScreenParams
 // 屏幕中的坐标，以pixel为单位
 #define gl_FragCoord ((_iParam.srcPos.xy/_iParam.srcPos.w)*_ScreenParams.xy) 
 
 #define PI2 6.28318530718
 #define pi 3.14159265358979
 #define halfpi (pi * 0.5)
 #define oneoverpi (1.0 / pi)
 
 fixed4 iMouse;
 sampler2D iChannel0;
 fixed4 iChannelResolution0;
 
 struct v2f { 
 float4 pos : SV_POSITION; 
 float4 srcPos : TEXCOORD0; 
 }; 
 
 // precision highp float;
 v2f vert(appdata_base v){ 
 v2f o;
 o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
 o.srcPos = ComputeScreenPos(o.pos); 
 return o; 
 } 
 
 vec4 main(v2f _iParam);
 
 fixed4 frag(v2f _iParam) : COLOR0 { 
 return main(_iParam);
 } 
 
 vec4 main(v2f _iParam) {
 vec2 p = (2.0*gl_FragCoord.xy-iResolution.xy)/iResolution.y;
 float tau = 3.1415926535*2.0;
 float a = atan(p.x,p.y);
 float r = length(p)*0.75;
 vec2 uv = vec2(a/tau,r);
 
 //get the color
 float xCol = (uv.x - (iGlobalTime / 3.0)) * 3.0;
 xCol = sign(xCol)*fmod(xCol, 3.0);
 vec3 horColour = vec3(0.25, 0.25, 0.25);
 
 if (xCol < 1.0) {
 horColour.r += 1.0 - xCol;
 horColour.g += xCol;
 } else if (xCol < 2.0) {
 xCol -= 1.0;
 horColour.g += 1.0 - xCol;
 horColour.b += xCol;
 } else {
 xCol -= 2.0;
 horColour.b += 1.0 - xCol;
 horColour.r += xCol;
 }
 
 // draw color beam
 uv = (2.0 * uv) - 1.0;
 float beamWidth = (0.7+0.5*cos(uv.x*10.0*tau*0.15*clamp(floor(5.0 + 10.0*cos(iGlobalTime)), 0.0, 10.0))) * abs(1.0 / (30.0 * uv.y));
 vec3 horBeam = vec3(beamWidth,beamWidth,beamWidth);
 vec4 gl_FragColor = vec4((( horBeam)* horColour ), 1.0);
 
 return gl_FragColor;
 }
 
 ENDCG 
 SubShader { 
 Pass { 
 CGPROGRAM 
 #pragma vertex vert 
 #pragma fragment frag 
 #pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest 
 ENDCG 
 } 
 } 
 FallBack Off 
}

代码分析

代码分两部分，颜色 * 光圈，如下图：

 *  = 

彩色的算法

代码如下：

vec2 p = (2.0*gl_FragCoord.xy-iResolution.xy)/iResolution.y;
float tau = 3.1415926535*2.0;
float a = atan(p.x,p.y);
float r = length(p)*0.75;
vec2 uv = vec2(a/tau,r);
 
//get the color
float xCol = (uv.x - (iGlobalTime / 3.0)) * 3.0;
xCol = mod(xCol, 3.0);
vec3 horColour = vec3(0.25, 0.25, 0.25);
 
if (xCol < 1.0) {
 horColour.r += 1.0 - xCol;
 horColour.g += xCol;
} else if (xCol < 2.0) {
 xCol -= 1.0;
 horColour.g += 1.0 - xCol;
 horColour.b += xCol;
} else {
 xCol -= 2.0;
 horColour.b += 1.0 - xCol;
 horColour.r += xCol;
}

这段代码是写在fragment shader中的，也就是说，每个像素点的渲染都会调用这段代码。

a) vec2 p = (2.0*gl_FragCoord.xy-iResolution.xy)/iResolution.y;

p表示把当前的坐标轴缩小到原来的1/2，原点移动到屏幕中间，并把x,y轴的坐标范围缩小到1左右的值（即p的y轴范围在-1到1之间，x轴的范围也在附近）；

b）float a = atan(p.x, p.y);

a表示p点绕原点的角度，范围为[-π，π]；所以uv.x = a/tau的范围为[-1/2, 1/2]；

float xCol = (uv.x - (iGlobalTime / 3.0)) * 3.0; xCol=mod(xCol, 3)的范围为 [0,3]

c) xCol经过上面处理，其范围为[0,3]; 现在把这个范围平均分成3份，每一份做一个颜色的混合：

[0,1]：Red和Green混合；[1,2]：Green和Blue混合；[2,3]：Blue和Red混合。

光圈的算法

a）画光圈

式子：abs(1.0 / (30.0*uv.y)) 

知识：在shader中，如果color的值为负数，则认为是0，不显示该颜色。

uv变量中uv.y表示点到原点的距离，值的范围为 [0, ]

a-1) uv = (2.0 * uv) - 1.0;  先把uv缩小到原来的1/2，然后向外移动1单位。uv.y的值为[-1/2, ]；由于负值color不被显示，如下图A：

a-2) 1.0/(30.0* uv.y); 缩小到原来的1/30，并做个倒数，如下图B

a-3) abs(1.0/(30.0* uv.y)); 然后做个绝对值，如下图C

=》=》

画光圈的算法和《【OpenGL】Shader实例分析（一）－Wave》中画线的算法很类似。

b）光圈动画 

式子：(0.7+0.5*cos(uv.x*10.0*tau*0.15*clamp(floor(5.0 + 10.0*cos(iGlobalTime)), 0.0, 10.0)))

为了方便，把上面的式子分解如下：

式1：float tt = 5.0 + 10.0*cos(iGlobalTime); 
式2：float param = clamp(floor(tt), 0.0, 10.0);
式3：float beamWidth = (0.7+0.5*cos(uv.x*pi*param));

我们把beamWidth作为颜色输出；

先理解式3，如果当param为0,、1、2、3、10时，分别参考下图： 

 =》  =》=》 =》

式2的作用，把tt的值做一个包装，使其为0到10之间的整数

式1的作用，起周期作用，值域为[-5,15]; 其值如左下图所示； 又由于式2做了clamp，把大于10和小于0的值去掉，最终的动画如右下图所示：

 ====》

把光圈和颜色整合起来就看到了和文章开头的动画一样的效果了。

最后吧所有的效果整合起来，如下图：

【彩色】 => 【彩色旋转】 =》【彩色旋转+动画】 =》【彩色旋转+动画+光圈】

=》=》=》

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