умножение данных вершин приводит к неравномерному контуру (shaderlab unity3d)

Question

Я создал простой контурный шейдер в шейдерной лаборатории Unity3D с двумя проходами: первый проход масштабирует объект путем умножения информации о вершине вдоль нормали вершины, а второй проход рисует обычную (базовый проход) версию объекта.Проблема в коде для прохода схемы:

Pass {
    Name "OUTLINE"

    ZWrite Off
    Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // Normal

    CGPROGRAM
    #pragma vertex vert
    #pragma fragment frag
    #include "UnityCG.cginc"

    struct appdata {
        float4 vertex : POSITION;
        float3 normal : NORMAL;
    };

    struct v2f {
        float4 position : POSITION;
        float3 normal : NORMAL;
    };

    uniform float _OutlineWidth;
    uniform float4 _OutlineColor;

    v2f vert(appdata v) {
        v.vertex.xyz *=  _OutlineWidth;

        v2f o;
        o.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        return o;
    }

    half4 frag(v2f i) : COLOR {
        return _OutlineColor;
    }

    ENDCG
}

_OutlineWidth и _OutlineColor относятся к типам Range и Color соответственно.Я применил этот шейдер к паре "тетромино-подобных" сеток, которые были созданы программно.В результате получается следующее (нажмите на ссылки):

изображение одно изображение два

Как видите, контур создан, ноконтур не одинаковой ширины вдоль внешнего края объекта.Вдоль одной из граней контур больше - он больше вдоль грани, наиболее удаленной от центра фигуры.И с невыпуклыми формами проблема увеличивается;контур может даже не охватывать форму:

изображение три

Я понимаю, что это связано с положением вершины относительно центра фигуры и чтолиния v.vertex.xyz *= _OutlineWidth просто умножает эту позицию на постоянную величину (отодвигая ее дальше от центра объекта).Как изменить мой код так, чтобы пиксели контура вычислялись независимо от центра фигуры и были целостны с истинным контуром объекта?

Answer 1

Как сказал @Gnietschow, вам нужно использовать "сглаженные нормали" этих вершин, чтобы узнать направление расширения контура:

Источник: FrostSoft

Один способсделать это, чтобы вычислить мягкие нормали в C # и затем назначить их как данные вершины.В этом примере используются каналы uv2 и uv3 для хранения сглаженных нормальных компонентов:

Mesh mesh = GetComponent<MeshFilter>().mesh;

Vector3[] meshVertices = mesh.vertices;
//map vertex positions to the ids of all vertices at that position
Dictionary<Vector3, List<int>> vertexMerge = new Dictionary<Vector3, List<int>>();
for(int i = 0; i < mesh.vertexCount; i++) {
    Vector3 vectorPosition = meshVertices[i];

    if(!vertexMerge.ContainsKey(vectorPosition)) {
        //if not already in our collection as a key, add it as a key
        vertexMerge.Add(vectorPosition, new List<int>());
    }

    //add the vertex id to our collection
    vertexMerge[vectorPosition].Add(i);
}

//map vertexIDs to the averaged normal
Vector3[] meshNormals = mesh.normals;
Vector3[] vertexAveragedNormals = new Vector3[mesh.vertexCount];

foreach (List<int> duplicatedVertices in vertexMerge.Values) {
    //calculate average normal
    Vector3 sumOfNormals = Vector3.zero;
    foreach (int vertexIndex in duplicatedVertices) {
        sumOfNormals += meshNormals[vertexIndex];
    }

    Vector3 averagedNormal = (sumOfNormals /= duplicatedVertices.Count).normalized; //average is sum divided by the number of summed elements

    //write the result to our output
    foreach (int vertexIndex in duplicatedVertices) {
        vertexAveragedNormals[vertexIndex] = averagedNormal;
    }
}


//write the result to mesh.
//x and y components shoved into uv3, z component shoved into uv4, with w component of 1.
Vector2[] vertexAveragedNormalsXY = new Vector2[mesh.vertexCount];
Vector2[] vertexAveragedNormalsZW = new Vector2[mesh.vertexCount];
for(int i = 0; i < mesh.vertexCount; i++) {
    Vector3 normal = vertexAveragedNormals[i];
    vertexAveragedNormalsXY[i] = new Vector2(normal.x, normal.y);
    vertexAveragedNormalsZW[i] = new Vector2(normal.z, 1);
}

mesh.uv3 = vertexAveragedNormalsXY;
mesh.uv4 = vertexAveragedNormalsZW;

Источник: Reddeyfish-

Затем вы используете TEXCOORD2 и TEXCOORD3восстановить гладкие нормали в vert.Используйте их, чтобы соответствующим образом переместить положение вершины, сохраняя нормальную вершину такой же жесткой нормальной для любых целей освещения:

Pass {
    Name "OUTLINE"

    ZWrite Off
    Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // Normal

    CGPROGRAM
    #pragma vertex vert
    #pragma fragment frag
    #include "UnityCG.cginc"

    struct appdata {
        float4 vertex : POSITION;
        float3 normal : NORMAL;
        float4 texcoord2 : TEXCOORD2;
        float4 texcoord3 : TEXCOORD3;
    };

    struct v2f {
        float4 position : POSITION;
        float3 normal : NORMAL;
    };

    uniform float _OutlineWidth;
    uniform float4 _OutlineColor;

    v2f vert(appdata v) {
        // add the outline width in the direction of the shared normal
        float3 sharedNormal = float3(v.texcoord2.xy, v.texcoord3.x);

        v.vertex.xyz +=  _OutlineWidth * sharedNormal;  

        v2f o;
        o.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        return o;
    }

    half4 frag(v2f i) : COLOR {
        return _OutlineColor;
    }

    ENDCG
}