Unity Shader 顶点动画 广告牌_unity billboarding

另一种常见的顶点动画就是广告牌技术（Billboarding）。广告牌技术会根据视角方向来旋转一个被纹理着色的多边形（通常就是简单的四边形，这个多边形就是广告牌），使得多边形看起来好像总是面对这摄影机。多被用于渲染烟雾、云朵、闪光效果等 
原理：构建旋转矩阵，已知一个变换矩阵需要3个基向量。广告牌技术使用的基向量通常就是表面法线（normal）、指向上的方向（up）以及指向右的方向（fight）。除此之外，我们还需要指定一个锚点（anchor location），这个锚点在旋转过程中是固定不变的，以此来确定多边形在空间中的位置。 
技术难点在于，构建三个相互正交的基向量。计算过程通常是，我们首先通过初始化计算得到目标的表面法线（例如就是视角方向）和指向上的方向，而两者往往是不垂直的。但是，两者之一是固定的，例如当模拟草丛时，我们希望广告牌的指向上的方向永远是（0，1，0），而法线方向应该随视角变化；而当模拟粒子效果时，我们希望广告牌的法线方向是固定的，即总是指向视角方向，指向上的方向则可以发生变化，我们假设法线方向是固定的，首先，我们根据初始的表面法线和指向上的方向来计算出目标方向的指向右的方向（通过叉积操作）：right =up×normal 
对其归一化后，再由法线方向和指向右的方向计算出正交的指向上的方向即可：up‘=normal×right 
至此，我们就可以得到用于旋转的三个正交基了。

Shader "MyShader/Billboard"
{
    Properties
    {
        _MainTex("Main Tex", 2D) = "white" {}
        _Color("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _VerticalBillboarding("Vertical Restraints", Range(0, 1)) = 1
    }
        SubShader
        {
            Tags {"Queue" = "Transparent" "IgnoreProjector" = "True" "RenderType" = "Transparent" "DisableBatching" = "True"}
 
        Pass
        {
                Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }
 
                ZWrite Off
                Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
                Cull Off
 
                CGPROGRAM
 
                #pragma vertex vert
                #pragma fragment frag
 
                #include "Lighting.cginc"
 
                sampler2D _MainTex;
                float4 _MainTex_ST;
                fixed4 _Color;
                fixed _VerticalBillboarding;
 
                struct a2v
                {
                    float4 vertex : POSITION;
                    float4 texcoord : TEXCOORD0;
                };
 
                struct v2f
                {
                    float4 pos : SV_POSITION;
                    float2 uv : TEXCOORD0;
                };
 
                v2f vert(a2v v)
                {
                    v2f o;
 
                    // Suppose the center in object space is fixed
                    float3 center = float3(0, 0, 0);
                    float3 viewer = mul(unity_WorldToObject,float4(_WorldSpaceCameraPos, 1));
 
                    float3 normalDir = viewer - center;
                    // If _VerticalBillboarding equals 1, we use the desired view dir as the normal dir
                    // Which means the normal dir is fixed
                    // Or if _VerticalBillboarding equals 0, the y of normal is 0
                    // Which means the up dir is fixed
                    normalDir.y = normalDir.y * _VerticalBillboarding;
                    normalDir = normalize(normalDir);
                    // Get the approximate up dir
                    // If normal dir is already towards up, then the up dir is towards front
                    float3 upDir = abs(normalDir.y) > 0.999 ? float3(0, 0, 1) : float3(0, 1, 0);
                    float3 rightDir = normalize(cross(upDir, normalDir));
                    upDir = normalize(cross(normalDir, rightDir));
 
                    // Use the three vectors to rotate the quad
                    float3 centerOffs = v.vertex.xyz - center;
                    float3 localPos = center + rightDir * centerOffs.x + upDir * centerOffs.y + normalDir * centerOffs.z;
 
                    o.pos = UnityObjectToClipPos(float4(localPos, 1));
                    o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);
 
                    return o;
                }
 
                fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
                {
                    fixed4 c = tex2D(_MainTex, i.uv);
                    c.rgb *= _Color.rgb;
 
                    return c;
                }
 
                ENDCG
            }
        }
            FallBack "Transparent/VertexLit"
}

计算三个正交矢量。首先，我们根据观察位置和锚点计算目标法线方向，并根据_VerticalBillboarding属性来控制垂直方向上的约束度。 

当_VerticalBillboarding为1时，意味着法线方向固定为视角方向；当_VerticalBillboarding为0时，意味着向上方向固定为（0，1，0）。最后，我们需要计算得到的法线方向进行干预、归一化操作来得到单位矢量。接着，我们得到了粗略的向上方向。为了防止法线方向和向上方向平行（如果平行，那么叉积得到的结果将是错误的），我们对法线方向的y分量进行判断，以得到合适的向上方向。然后，根据法线方向和粗略的向上方向得到向右方向，并对结果进行归一化。但由于此时向上的方向还是不准确的，我们又根据标准的法线方向和向右方向得到最后的向上方向。

得到了所需的三个正交基矢量。我们根据原始的位置相对于锚点的偏移量以及三个正交基矢量，以计算得到新的顶点位置。

效果

我们使用四边形（Quad）来作为广告牌，而不能使用自带的平面（Plane）。这是因为，我们的代码是建立在一个竖直摆放的多边形的基础上的，也就是说，这个多边形的顶点结构需要满足在模型空间下是竖直排列的。只有这样，我们才能使用v.vertex来计算得到正确的相对于中心的位置偏移。 

参考 我买的 unity shader 入门精要