Cel Shading 8

О реализации некоторых нефотореалистичных эффектов. Часть 8.

В прошлый я собирался каким-то образом использовать альфа компоненту цвета, возвращаемого вершинным шейдером.

Сейчас мы посмотрим, чем можно ее занять. Какая еще характеристика точки может давать представление о том лежит ли она на краю объекта? Такой характеристикой может выступать «глубина» точки, то есть ее удаленность от камеры.

Попробуем посчитать ее и воспользуемся этим для получения краев объекта.

Первым делом модифицируем вершинный шейдер.

VertexShaderOutput VertexShaderFunction(VertexShaderInput input)

{

VertexShaderOutput output;

float4 worldPosition = mul(input.Position, World);

float4 viewPosition = mul(worldPosition, View);

output.Position = mul(viewPosition, Projection);


float3 worldNormal = normalize(mul(input.Normal, World));

output.Color.rgb = (worldNormal + 1) / 2.0;

output.Color.a = (worldPosition.z / worldPosition.w);

return output;

}

Тут мы сохраняем в альфа-канал цвета информацию полученную по следующей формуле:

a = (worldPosition.z / worldPosition.w);

Деление нужно для того, чтобы вписать значение с интервал от 0 до 1.

Я использую мировые координаты точки, однако это может быть неправильно и, возможно, стоит использовать локальные координаты (по крайней мере так это было сделано в каком-то примере).

Попробуем написать шейдер, который просто будет выводить значения из альфа-канала оттнками серого.

float4 DrawDepth(float2 pos : TEXCOORD) : COLOR0

{

float depth = tex2D(NormalSampler).w;

float4 drawColor = float4(1,1,1,1) * depth;

drawColor.a = 1;

return drawColor;

}

technique Depth

{

pass Pass1

{

// TODO: set renderstates here.

PixelShader = compile ps_2_0 DrawDepth();

}

}

А в Draw() будет такой код:

postEffect.CurrentTechnique = postEffect.Techniques[«Depth»];

postEffect.Parameters[«normals»].SetValue(normalTarget.GetTexture());

postEffect.Begin();

spriteBatch.Begin(SpriteBlendMode.AlphaBlend, SpriteSortMode.Immediate, SaveStateMode.SaveState);

postEffect.CurrentTechnique.Passes[0].Begin();

spriteBatch.Draw(scene, new
Rectangle(width / 2, 0, width / 2, height), new
Rectangle(width / 2, 0, width / 2, height), Color.White);

postEffect.CurrentTechnique.Passes[0].End();

postEffect.End();

spriteBatch.End();



Из этих рисунков можно понять, что значительные изменения глубины также дают представление о краях объекта.

Попробуем снова использовать оператор Робертса для определения краев.

Шейдер будет иметь следующий вид:

float4 PixelShaderFunction(float2 pos : TEXCOORD) : COLOR0

{

float2 deltaX = float2( 1.0 /400, 0);

float2 deltaY = float2( 0, 1.0 / 600);


float4 color1 = tex2D(NormalSampler, pos-deltaX-deltaY);

float4 color2 = tex2D(NormalSampler, pos-deltaX+deltaY);

float4 color3 = tex2D(NormalSampler, pos+deltaX-deltaY);

float4 color4 = tex2D(NormalSampler, pos+deltaX+deltaY);

float4 delta = abs(color1 — color4) + abs(color2 — color3);

float depthEdges = delta.w;

depthEdges = saturate(depthEdges — 0.1);

float4 drawColor = float4(1,1,1,1) * depthEdges;

drawColor.a = 1;

return drawColor;

}

Строка depthEdges = saturate(depthEdges — 0.1);
позволяет немного сгладить изображение так, чтобы слабые изменения глубины не отражались на картинке.


Действительно, края объекта подствечены, теперь можно объекдинить данную техникой с предыдущей (выделением краев за счет нормалей).

Также мы применим тот же метод сглаживания и для нормалей. В итоге получим следующий шейдер:

float4 PixelShaderFunction(float2 pos : TEXCOORD) : COLOR0

{

float2 deltaX = float2( 1.0 /400, 0);

float2 deltaY = float2( 0, 1.0 / 600);


float4 color1 = tex2D(NormalSampler, pos-deltaX-deltaY);

float4 color2 = tex2D(NormalSampler, pos-deltaX+deltaY);

float4 color3 = tex2D(NormalSampler, pos+deltaX-deltaY);

float4 color4 = tex2D(NormalSampler, pos+deltaX+deltaY);

float4 delta = abs(color1 — color4) + abs(color2 — color3);

float normalEdges = dot(delta.xyz, 1);

float depthEdges = delta.w;

depthEdges = saturate(depthEdges — 0.1);

normalEdges = saturate(normalEdges — 0.5);

float4 drawColor = tex2D(Sampler, pos) * (1-saturate(delta.w + normalEdges));

drawColor.a = 1;

return drawColor;

}


Исходный код:

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq;

using Microsoft.Xna.Framework;

using Microsoft.Xna.Framework.Audio;

using Microsoft.Xna.Framework.Content;

using Microsoft.Xna.Framework.GamerServices;

using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;

using Microsoft.Xna.Framework.Input;

using Microsoft.Xna.Framework.Media;

using Microsoft.Xna.Framework.Net;

using Microsoft.Xna.Framework.Storage;

using Primitives3D;

namespace NPR_1

{


///
<summary>


/// This is the main type for your game


///
</summary>


public
class
Game1 : Microsoft.Xna.Framework.Game

{


GraphicsDeviceManager graphics;


SpriteBatch spriteBatch;


GeometricPrimitive teapot;


Effect effect;


Effect postEffect;


Effect normalEffect;


Texture2D lightMask;


RenderTarget2D target;


RenderTarget2D normalTarget;


Texture2D scene;


int height;


int width;


public Game1()

{

graphics = new
GraphicsDeviceManager(this);

Content.RootDirectory = «Content»;

width = graphics.PreferredBackBufferWidth = 800;

height = graphics.PreferredBackBufferHeight = 600;

}


///
<summary>


/// Allows the game to perform any initialization it needs to before starting to run.


/// This is where it can query for any required services and load any non-graphic


/// related content. Calling base.Initialize will enumerate through any components


/// and initialize them as well.


///
</summary>


protected
override
void Initialize()

{


// TODO: Add your initialization logic here

teapot = new
TeapotPrimitive(GraphicsDevice);

target = new
RenderTarget2D(GraphicsDevice, graphics.PreferredBackBufferWidth,

graphics.PreferredBackBufferHeight, 1, SurfaceFormat.Color);

normalTarget = new
RenderTarget2D(GraphicsDevice, graphics.PreferredBackBufferWidth,

graphics.PreferredBackBufferHeight, 1, SurfaceFormat.Color);


base.Initialize();

}


///
<summary>


/// LoadContent will be called once per game and is the place to load


/// all of your content.


///
</summary>


protected
override
void LoadContent()

{


// Create a new SpriteBatch, which can be used to draw textures.

spriteBatch = new
SpriteBatch(GraphicsDevice);


// TODO: use this.Content to load your game content here

effect = Content.Load<Effect>(«light»);

postEffect = Content.Load<Effect>(«postEdge»);

normalEffect = Content.Load<Effect>(«drawNormals»);

lightMask = Content.Load<Texture2D>(«lightMask»);

}


///
<summary>


/// UnloadContent will be called once per game and is the place to unload


/// all content.


///
</summary>


protected
override
void UnloadContent()

{


// TODO: Unload any non ContentManager content here

}


///
<summary>


/// Allows the game to run logic such as updating the world,


/// checking for collisions, gathering input, and playing audio.


///
</summary>


///
<param name=»gameTime»>Provides a snapshot of timing values.</param>


protected
override
void Update(GameTime gameTime)

{


// Allows the game to exit


if (GamePad.GetState(PlayerIndex.One).Buttons.Back == ButtonState.Pressed)


this.Exit();


// TODO: Add your update logic here


base.Update(gameTime);

}


///
<summary>


/// This is called when the game should draw itself.


///
</summary>


///
<param name=»gameTime»>Provides a snapshot of timing values.</param>


protected
override
void Draw(GameTime gameTime)

{

GraphicsDevice.SetRenderTarget(0, target);

GraphicsDevice.Clear(new
Color(150, 150, 150));


Vector3 cameraPosition = new
Vector3(0, 1, 4);


// TODO: Add your drawing code here


Matrix world = Matrix.CreateRotationY((float)gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds / 4) * Matrix.CreateTranslation(-1.0f, 0, 0);


Matrix view = Matrix.CreateLookAt(cameraPosition, Vector3.Zero, Vector3.Up);


Matrix proj = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(MathHelper.ToRadians(45), GraphicsDevice.Viewport.AspectRatio, 0.1f, 50);

effect.CurrentTechnique = effect.Techniques[«Phong»];

effect.Parameters[«World»].SetValue(world);

effect.Parameters[«View»].SetValue(view);

effect.Parameters[«Projection»].SetValue(proj);

effect.Parameters[«Eye»].SetValue(cameraPosition);

effect.Parameters[«LightMask»].SetValue(lightMask);

teapot.Draw(effect);

world = Matrix.CreateRotationY(-(float)gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds / 4) * Matrix.CreateTranslation(1.0f, 0, 0);

effect.CurrentTechnique = effect.Techniques[«NPR»];

effect.Parameters[«World»].SetValue(world);

effect.Parameters[«View»].SetValue(view);

effect.Parameters[«Projection»].SetValue(proj);

effect.Parameters[«Eye»].SetValue(cameraPosition);

effect.Parameters[«LightMask»].SetValue(lightMask);

teapot.Draw(effect);


// DRAW NORMALS

GraphicsDevice.SetRenderTarget(0, normalTarget);

GraphicsDevice.Clear(Color.White);

world = Matrix.CreateRotationY((float)gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds / 4) * Matrix.CreateTranslation(-1.0f, 0, 0);

normalEffect.Parameters[«World»].SetValue(world);

normalEffect.Parameters[«View»].SetValue(view);

normalEffect.Parameters[«Projection»].SetValue(proj);

teapot.Draw(normalEffect);

world = Matrix.CreateRotationY(-(float)gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds / 4) * Matrix.CreateTranslation(1.0f, 0, 0);

normalEffect.Parameters[«World»].SetValue(world);

normalEffect.Parameters[«View»].SetValue(view);

normalEffect.Parameters[«Projection»].SetValue(proj);

teapot.Draw(normalEffect);

GraphicsDevice.SetRenderTarget(0, null);

GraphicsDevice.Clear(new
Color(150, 150, 150));

scene = target.GetTexture();

spriteBatch.Begin(SpriteBlendMode.AlphaBlend, SpriteSortMode.Immediate, SaveStateMode.SaveState);

spriteBatch.Draw(scene, new
Rectangle(0, 0, width / 2, height), new
Rectangle(0, 0, width / 2, height), Color.White);

spriteBatch.End();

postEffect.Parameters[«normals»].SetValue(normalTarget.GetTexture());

postEffect.Begin();

spriteBatch.Begin(SpriteBlendMode.AlphaBlend, SpriteSortMode.Immediate, SaveStateMode.SaveState);

postEffect.CurrentTechnique.Passes[0].Begin();

spriteBatch.Draw(scene, new
Rectangle(width / 2, 0, width / 2, height), new
Rectangle(width / 2, 0, width / 2, height), Color.White);

postEffect.CurrentTechnique.Passes[0].End();

postEffect.End();

spriteBatch.End();


base.Draw(gameTime);

}

}

}

drawNormals.fx

float4x4 World;

float4x4 View;

float4x4 Projection;

// TODO: add effect parameters here.

struct VertexShaderInput

{

float4 Position : POSITION0;

float3 Normal : NORMAL;

// TODO: add input channels such as texture

// coordinates and vertex colors here.

};

struct VertexShaderOutput

{

float4 Position : POSITION0;

float4 Color : COLOR0;

// TODO: add vertex shader outputs such as colors and texture

// coordinates here. These values will automatically be interpolated

// over the triangle, and provided as input to your pixel shader.

};

VertexShaderOutput VertexShaderFunction(VertexShaderInput input)

{

VertexShaderOutput output;

float4 worldPosition = mul(input.Position, World);

float4 viewPosition = mul(worldPosition, View);

output.Position = mul(viewPosition, Projection);


float3 worldNormal = normalize(mul(input.Normal, World));

output.Color.rgb = (worldNormal + 1) / 2.0;

output.Color.a = (worldPosition.z / worldPosition.w);

return output;

}

float4 PixelShaderFunction(VertexShaderOutput input) : COLOR0

{

return input.Color;

}

technique Technique1

{

pass Pass1

{

// TODO: set renderstates here.

VertexShader = compile vs_1_1 VertexShaderFunction();

PixelShader = compile ps_1_1 PixelShaderFunction();

}

}

postEdge.fx

sampler Sampler : register(s0);

Texture normals;

sampler NormalSampler = sampler_state

{

Texture = <normals>;

};

float4 PixelShaderFunction(float2 pos : TEXCOORD) : COLOR0

{

float2 deltaX = float2( 1.0 /400, 0);

float2 deltaY = float2( 0, 1.0 / 600);


float4 color1 = tex2D(NormalSampler, pos-deltaX-deltaY);

float4 color2 = tex2D(NormalSampler, pos-deltaX+deltaY);

float4 color3 = tex2D(NormalSampler, pos+deltaX-deltaY);

float4 color4 = tex2D(NormalSampler, pos+deltaX+deltaY);

float4 delta = abs(color1 — color4) + abs(color2 — color3);

float normalEdges = dot(delta.xyz, 1);

float depthEdges = delta.w;

depthEdges = saturate(depthEdges — 0.1);

normalEdges = saturate(normalEdges — 0.5);

float4 drawColor = tex2D(Sampler, pos) * (1-saturate(delta.w + normalEdges));

drawColor.a = 1;

return drawColor;

}

float4 DrawDepth(float2 pos : TEXCOORD) : COLOR0

{

float depth = tex2D(NormalSampler, pos).w;

float4 drawColor = float4(1,1,1,1) * depth;

drawColor.a = 1;

return drawColor;

}

technique EdgeDetection

{

pass Pass1

{

// TODO: set renderstates here.

PixelShader = compile ps_2_0 PixelShaderFunction();

}

}

technique Depth

{

pass Pass1

{

// TODO: set renderstates here.

PixelShader = compile ps_2_0 DrawDepth();

}

}

Реклама
Запись опубликована в рубрике Uncategorized с метками , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s