【Unity3D】 Unity Chan项目分享

写在前面

之前的一个博文里分享了日本Unity酱的项目，如果大家有去仔细搜Unity酱的话，就会发现日本Unity官方还放出了一个更完整的Unity酱的项目，感觉被萌化了！（事实上，Unity日本经常会分享一些开源项目，要常关注github~）

一些效果

项目里还有有一些特效实现可以借鉴下的~

MusicPlayer

这个项目里的特效有个最大的特点就是，特效会根据音效做出反馈。这个功能主要是通过作者的另一个开源插件Reaktion来实现的（Keijiro Takahashi是个多产哥，这哥们感觉一年时间都用在写开源项目了，一年有几十的repositories。。）只可惜文档都不是很全，大多需要自己去稍微读一下源码。Keijiro曾经为Reaktion写过一版文档，不过看来没有维护下去……

想要让Reaktion工作就需要有三个关键部分，音频注入器Injector、音频核心处理器Reaktor以及接收信号的装置Gear，Injector把音频信号传递给某个Reaktor，然后场景里所有的Gear会监听某个Reaktor的输出，它们之间的链接都是通过GenericLink类实现的。也就是我们需要两个links，一个link（InjectorLink类型）负责让每个Reaktor找到一个Injector，一个link（ReaktorLink类型）负责让每个Gear找到一个Reaktor。它们都有四种链接模式（在GenericLink.cs中被定义）：Not Bound，即不绑定输入；Auto Bind，找到离该物体最近的那个输入器（先在自身身上找，不然再找父亲，不然再找儿子，不然再找全场景）；Bind By Reference则可以让我们直接拖一个输入的引用；Bind By Name则会在场景里找名字为该字符串的特定输入。

因此，整个过程大概就是：

1. 在场景里添加一个AudioSource，然后在同一个物体上添加AudioInjector.cs，以及添加Reaktor.cs，保证该Reaktor可以找到这个Injector（可以直接把模式设成Auto Bind就会直接找到自身绑定的这个Injector了）。我们可以调整Reaktor上的属性来对音频信号进行调整。

2. 想要接收声音信号的话可以在自定义脚本中声明Reaktion.ReaktorLink类型的变量。例如：

   public Reaktion.ReaktorLink spectrum1;
   public Reaktion.ReaktorLink spectrum2;
   public Reaktion.ReaktorLink spectrum3;
   public Reaktion.ReaktorLink spectrum4;
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   声明了四个音频来源，那么在面板上就是这样的结果：

   

   我们可以通过不同的链接模式来为它们绑定不同的Reaktor，如上所示。然后在代码里通过Reaktion.ReaktorLink.Output就可以直接得到输出信号了。

3. 作者为我们内置了一些常见的信号功能，例如把信号传递给材质来设置属性值（MaterialGear）、设置Transform属性（TransformGear）、设置粒子系统属性（ParticleSystemGear）等。我们可以直接使用这些内置的脚本（都在Reaktion/Gear文件夹下）。

到这个具体项目里，所有的Injectors和Reaktors都在名为MusicPlayer的prefab中。它的结构如下：

MusicPlayer包含了五个子物体，其中四个子物体（Spectrum 1，Spectrum 2等）各包含了一对Injector和Reaktor，之所以有四个是因为作者想要使用不同的过滤器（BandPassFilter.cs）来过滤同一个音频，得到四种音频信号。注意到每个Spectrum上的AudioInjector上的Mute属性被勾选了，这意味着虽然它们身上都有一个AudioSource但并不会发出任何声音。真正的音乐是由第五个子物体Main负责发出的。

舞台光柱、台标、光圈和环状大轨道

这个项目里很多效果都会随着音效变化，变化比较相似的是舞台后面光柱（Pillars）、Unity Chan的台标（Ribbon）、和环状大轨道（Orbit Inner和Orbit Outer）。

这些都是使用MaterialGear来配合材质的。下面是光柱（Pillars）的面板：

它使用了3个材质，其中第二个材质YellowSurface和第三个材质RedSurface使用了自定义的自发光Custom/Untextured Emmisive Surface，这个shader其实就是一个有最简单自发光效果的surface shader，它的自发光大小是靠属性_Amplitude控制的：

o.Emission = _Emission * _Amplitude;
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为了让自发光大小随着音乐变化，这里使用了两个MaterialGear，分别对应一个材质。为了让两个材质的变化不要完全一致，这里把它们的Reaktor来源设成了不同的模式。MaterialIndex用于指定是作用于当前的第几个材质，后面的TargetType和TargetName是设置的属性，FloatCurve是可以让我们进一步对输入信号进行加工。

舞台音响

舞台音响也是个很有特色的效果。它的音波（其实就是很多圆圈）会随着音乐忽大忽小。

这个就是通过AnimatorGear来触发Animator里面的状态来实现的。

酷炫的地板

Unity Chan脚下的地板（Visualizer）特效很是酷炫，一会画圈圈一会画蜂巢的，还能随着音乐变化，很有意思。

Visualizer大概是这里面最复杂的一个。作者不仅为它自定义了音频信号处理脚本，它使用的shader也比较复杂，还用到了额外的渲染纹理来实现反射效果（可以从下图的材质上看到有些许舞台反射效果）。

Visualizer.cs脚本还是比较简单的，它声明了四个用于连接Reaktor的ReaktorLink，分别对应了MusicPlayer中的四个Reaktor。每次Update时，它从ReaktorLink.Output得到四个音频信号，再在OnWillRenderObject中、在渲染该物体之前，把信号传递给自己的材质，并找到渲染物体的摄像机，把该摄像机的视角-投影矩阵的逆矩阵传给材质，这主要是为了根据反射的深度图重建每个点的世界坐标，再根据坐标的高度值（y）来计算一个反射程度的衰减值。

另一个脚本MirrorReflection比较复杂，负责渲染反射的彩色纹理和深度纹理。有兴趣的可以仔细看下，大概就是在地板附近放一个摄像机，然后设置它的各个矩阵和状态，得到两张渲染纹理，再传递给材质。

Visualizer.shader也比较复杂，感觉性能堪忧，竟然还是用surface shader写的。Anyway，它的那些光圈和格格的效果全是代码实现的，然后添加到自发光变量上。除了上面的自发光颜色，还添加了舞台反射的颜色，反射点距离地板越远，反射强度越弱。此外，还使用了模糊技术，取了9个采样点平均后作为最终的反射颜色。计算量还是很大的，优化做的也不是很好，采样坐标的计算等都放到了surf里计算，而且还有一次矩阵乘法。感兴趣的需要自己优化下了。

舞台前灯

Unity Chan的舞台前灯（场景里的Front Lights和Front Lights Beam物体）虽然不会随音乐变化，但它用的shader也挺有意思的。Front Lights的颜色（其实就是一个使用了自发光的surface shader）会随着时间变化，这是靠Animator实现的。而它发出的光（Front Lights Beam）是靠一个椎体实现的，而且看起来好像有飘渺的效果（也有Bloom特效的功劳），这主要是靠Custom/Light Beam来实现的。这个shader是一个双面半透明的vf shader，包含一个主颜色（控制光的整体颜色）、渐变纹理（控制光由强到弱）、两张噪声纹理（控制光的移动效果）、噪声程度和噪声速度（控制噪声的大小和平移速度）。有一些有趣的法线：

• 计算噪声纹理的采样坐标时，作者使用了世界空间位置的xy来让各个前灯的光都不一样：

  o.uv1 = wp.xy * _NoiseScale.xy + _NoiseSpeed.xy * _Time.y;
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• 计算光的透明度时，作者还使用了一个衰减因子就是观察方向和法线的角度，当角度在某个区间范围内该衰减因子为0。这样做的目的是为了让光锥的边界更加平滑，这一点很重要。

  float falloff = max(abs(dot(camDir, normal))-0.4, 0.0);
  falloff = falloff * falloff * 5.0;
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舞台大屏幕

另一个挺好的就是后面的大屏幕（Back Screen）。

这个肯定是通过另一个摄像机渲染一张渲染纹理得到的，但上面的屏幕黑条效果使用了Custom/Back Screen的shader。

shader还是很简单的，就是在主纹理上添加了一个条状纹理，并使用sin配合lerp函数添加一个不断闪烁的效果：

float4 frag(v2f i) : COLOR
{
    float4 color = tex2D(_MainTex, i.uv0);
 
    float amp = tex2D(_StripeTex, i.uv1).r;
    amp = _BaseLevel + _StripeLevel * amp;
 
    float time = _Time.y * 3.14f * _FlickerFreq;
    float flicker = lerp(1.0f, sin(time) * 0.5f, _FlickerLevel);
 
    return color * (amp * flicker);
}
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其他

还有一些就不一一写了。比如摄像机的运动很飘逸啊，这是靠CameraSwitcher.cs在很多个位置之间不断lerp得到的；激枪（Laser）发射的效果，是靠Animator实现的；各种撒花（Confetti），是粒子系统。

写在最后

这个项目还有一个特点就是基本所有的物体都是后来加载到场景的，运行前整个场景基本是空的，作者说这样有助于多人协作。

关于作者之一的Keijiro Takahashi再多说几句，Keijiro之前在索尼工作了十年，然后跳到了Unity日本，期间做了大量关于Unity的开源项目，有一些还是很不错的~