Unity Shader 屏幕后效果——摄像机运动模糊（速度映射图实现）

速度映射图主要是为了得到每个像素相对于前一帧的运动矢量，其中一种方法是使用摄像机的深度纹理来推导。

推导过程如下：

先由深度纹理逆推出NDC（归一化的设备坐标）下的顶点坐标，利用VP矩阵（视角*投影矩阵）的逆矩阵反向变换出每个像素在世界空间中的位置，

再利用世界空间下的坐标与前一帧的VP矩阵顺向变换出前一帧的NDC坐标，利用NDC下前一帧和相当帧的坐标差来确定速度的方向，

最后利用速度的方向对纹理采样的结果进行加权平均并多次绘制，以达到带有物体运动方向的模糊效果。

基于这一原理，需要准备的要素有：

1.摄像机的深度纹理（是由NDC下的坐标映射来的，需要先反向映射回NDC）

2.当前帧的VP矩阵的逆矩阵

3.前一帧的VP矩阵

摄像机深度值和深度纹理的获取方法在之前的博客中有写，具体可以参考：

https://www.cnblogs.com/koshio0219/p/11178215.html

视角矩阵（V矩阵）：

MyCamera.worldToCameraMatrix;（也就是世界空间变换到摄像机空间（也叫视角空间，观察空间））

投影矩阵（P矩阵）：

MyCamera.projectionMatrix;（也就是摄像机空间变换到裁剪空间）

具体的数学推导过程可以见这篇文章：

http://feepingcreature.github.io/math.html

下面是具体的程序实现：

1.此脚本挂载在摄像机上，用于模糊参数调控，深度纹理准备，矩阵传递：

 using UnityEngine;

 public class MotionBlurWithDepthTexCtrl : ScreenEffectBase

 {

     private const string _BlurSize = "_BlurSize";

     private const string _PreViewMatrix = "_PreViewMatrix";

     private const string _CurViewInserseMatrix = "_CurViewInserseMatrix";

     [Range(0.0f, 1.0f)]

     public float blurSize = .5f;

     //前一帧的VP矩阵

     private Matrix4x4 preViewMatrix;

     private Camera myCamera;

     public Camera MyCamera

     {

         get

         {

             if(null == myCamera)

             {

                 myCamera = GetComponent<Camera>();

             }

             return myCamera;

         }

     }

     //开启这相机深度模式，并初始化前一帧的VP矩阵

     private void OnEnable()

     {

         MyCamera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;

         //右乘原则，前边是P矩阵，后边是V矩阵

         preViewMatrix = MyCamera.projectionMatrix * MyCamera.worldToCameraMatrix;

     }

     //不用时恢复

     private void OnDisable()

     {

         MyCamera.depthTextureMode &= ~DepthTextureMode.Depth;

     }

     private void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)

     {

         if (Material)

         {

             Material.SetFloat(_BlurSize, blurSize);

             //设置前一帧的VP矩阵

             Material.SetMatrix(_PreViewMatrix, preViewMatrix);

             //计算当前帧VP矩阵，右乘

             Matrix4x4 curViewMatrix = MyCamera.projectionMatrix * MyCamera.worldToCameraMatrix;

             //存起来，作为下次计算的前一帧

             preViewMatrix = curViewMatrix;

             //设置当前帧的VP矩阵的逆矩阵

             Material.SetMatrix(_CurViewInserseMatrix, curViewMatrix.inverse);

             Graphics.Blit(source, destination, Material);

         }

         else

             Graphics.Blit(source, destination);

     }

 }

基类脚本见：

https://www.cnblogs.com/koshio0219/p/11131619.html

2.Shader脚本：

 Shader "MyUnlit/MotionBlurWithDepthTex"

 {

     Properties

     {

         _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}

     }

     SubShader

     {

         Pass

         {

             ZTest Always Cull Off ZWrite Off

             CGPROGRAM

             #pragma vertex vert

             #pragma fragment frag

             #include "UnityCG.cginc"

             sampler2D _MainTex;

             half4 _MainTex_TexelSize;

             fixed _BlurSize;

             //声明深度纹理和对应矩阵

             sampler2D _CameraDepthTexture;

             float4x4 _PreViewMatrix;

             float4x4 _CurViewInserseMatrix;

             struct appdata

             {

                 float4 vertex : POSITION;

                 float2 uv : TEXCOORD0;

             };

             struct v2f

             {

                 //这里的的uv同时存了主纹理的uv和深度纹理uv，xy为主纹理，zw为深度纹理

                 half4 uv : TEXCOORD0;

                 float4 vertex : SV_POSITION;

             };

             v2f vert (appdata v)

             {

                 v2f o;

                 o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);

                 o.uv.xy =v.uv;

                 o.uv.zw=v.uv;

                 //主纹理外的纹理要进行平台差异化处理

                 #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP

                 if(_MainTex_TexelSize.y<)

                     o.uv.w=-o.uv.w;

                 #endif

                 return o;

             }

             fixed4 frag (v2f i) : SV_Target

             {

                 //用深度纹理和zw取得深度值

                 float d=SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture,i.uv.zw);

                 //反映射回NDC坐标，由[0,1]到[-1,1]的映射，z分量就是深度值本身

                 float4 H=float4(i.uv.x*-,i.uv.y*-,d*-,);

                 //用VP的逆矩阵反向变换并除以w分量得到世界坐标位置，为什么除以w详细见前面数学推导的文章链接

                 float4 D=mul(_CurViewInserseMatrix,H);

                 float4 worldPos=D/D.w;

                 //分别得到前一帧和当前帧的NDC坐标取差值计算速度方向

                 float4 curViewPos=H;

                 float4 preViewPos=mul(_PreViewMatrix,worldPos);

                 preViewPos/=preViewPos.w;

                 //除以的系数可以根据自己的需求调整

                 float2 velocity=(curViewPos.xy-preViewPos.xy)/10.0f;

                 float2 uv=i.uv.xy;

                 //纹理采样的速度权重，这里进行了前2帧的计算，包括当前帧总共3个值，值依次递减且保证和为1，不为1则需要进行额外的除法

                 //目的是为了让越之前的帧看上去效果越淡，轨迹逐渐消失

                 float velColRate[]={0.6,0.3,0.1};

                 //当前采样结果用权重最大的值0.6

                 fixed4 col = tex2D(_MainTex, uv)*velColRate[];

                 uv+=velocity*_BlurSize;

                 for(int it=;it<;it++)

                 {

                     //前两帧采样结果依次递减，0.3,0.1

                     fixed4 curCol=tex2D(_MainTex,uv.xy)*velColRate[it];

                     //将所有结果加起来，保证权重为1

                     col+=curCol;

                     //按速度方便对纹理进行偏移，并用模糊系数加以控制

                     uv+=velocity*_BlurSize;

                 }

                 return fixed4(col.rgb,1.0);

             }

             ENDCG

         }

     }

     FallBack Off

 }

效果如下：

巴特西

Unity Shader 屏幕后效果——摄像机运动模糊（速度映射图实现）

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