Unity中Shader旋转矩阵(二维旋转矩阵)

文章目录


前言

在Shader中,我们经常对顶点进行旋转变换。我们在这篇文章中了解一下旋转使用的旋转矩阵。


一、旋转矩阵的原理

我们先在2D平面下,了解2D原理

1、我们以原点为中心,旋转坐标轴θ度

我们需要求的就是坐标系旋转后,P点在旋转后坐标系中的位置。

因为,我们旋转物体时,我们是围绕着一个轴旋转。

旋转后,我们需要求的就是物体顶点围绕该轴旋转后的坐标位置。

这里我们的 P 点就像 模型的顶点一样,得到P点的位置,就相当于得到了模型顶点在旋转后的位置。

  • 旋转前 P1(2,3)
  • 旋转后 P2 (?,?)

2、求 P2x

  • 求 P2x 可以化为求 OB + BC

  • 求OB:

  • 求BC:

  • P2x = OB + BC

    P2x = OB + BC = cos(θ)P1x + sin(θ)P1y

3、求P2y:

  • 求P2y可以化为求 OC - AC
  • 求OC:
  • 求AC:
  • P2y = OC - AC
    P2y = OC - AC = cos(θ)P1y - sin(θ)P1x

4、最后得到 P2点 的点阵

这个点阵就是我们旋转矩阵的核心

  • P2x = OB + BC = cos(θ)P1x + sin(θ)P1y
  • P2y = OC - AC = cos(θ)P1y - sin(θ)P1x

5、该点阵可以拆分为以下两个矩阵相乘的结果

因为,我们该点阵目前是在二维平面旋转。所以,可以认为我们是围绕 z 轴在旋转。

  • Mrotate就是我们的旋转矩阵
  • P1 就是我们旋转前的点

二、在Shader中,使用该旋转矩阵实现围绕 z 轴旋转

1、在属性面板定义 float 变量作为旋转的角度θ

_Angle("Angle",Float) = 0

2、在常量缓冲区申明该变量

CBUFFER_START(UnityPerMaterial)

float _Angle;

CBUFFER_END

3、在 顶点着色器 定义旋转矩阵

float2x2 M_rotate = float2x2

(

cos(_Angle),sin(_Angle),

-sin(_Angle),cos(_Angle)

);

4、用旋转矩阵乘以顶点的 xy 实现围绕z轴旋转

v.vertexOS.xy = mul(M_rotate,v.vertexOS.xy);

5、效果

围绕x轴旋转 和 围绕y轴旋转,我们可以修改 .xy 来实现。


三、测试代码

复制代码
//平移变换
//缩放变换
//旋转变换
Shader "MyShader/URP/P3_5_5"
{
    Properties
    {
        _Translate("Translate(XYZ)",Vector) = (0,0,0,0)
        _Scale("Scale(XYZ)",Vector)= (1,1,1,1)
        _Angle("Angle",Float) = 0
    }
    SubShader
    {
        Tags
        {
            "PenderPipeline"="UniversalPipeline"
            "RenderType"="Opaque"
            "Queue"="Geometry"
        }
        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl"
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"

            struct Attribute
            {
                float4 vertexOS : POSITION;
            };

            struct Varying
            {
                float4 vertexCS : SV_POSITION;
            };

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
            float4 _Translate;
            float4 _Scale;
            float _Angle;
            CBUFFER_END
            Varying vert (Attribute v)
            {
                Varying o;
                //平移变换
                float4x4 M_Translate = float4x4
                    (
                    1,0,0,_Translate.x,
                    0,1,0,_Translate.y,
                    0,0,1,_Translate.z,
                    0,0,0,1
                    );
                v.vertexOS = mul(M_Translate,v.vertexOS);
                //缩放交换
                float4x4 M_Scale = float4x4
                    (
                    _Scale.x,0,0,0,
                    0,_Scale.y,0,0,
                    0,0,_Scale.z,0,
                    0,0,0,1
                    );
                v.vertexOS = mul(M_Scale,v.vertexOS);
                //旋转变换
                float2x2 M_rotate = float2x2
                    (
                    cos(_Angle),sin(_Angle),
                    -sin(_Angle),cos(_Angle)
                    );
                v.vertexOS.xy = mul(M_rotate,v.vertexOS.xy);
                o.vertexCS = TransformObjectToHClip(v.vertexOS.xyz);
                return o;
            }

            half4 frag (Varying i) : SV_Target
            {
                return 1;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}
相关推荐
心前阳光2 分钟前
Unity 模拟父子关系
android·unity·游戏引擎
跨境卫士情报站1 小时前
用“渠道矩阵+内容节奏”把流量做成可控资产
大数据·人工智能·矩阵·产品运营·跨境电商·亚马逊
sonadorje3 小时前
欧氏内积(Euclidean Inner Product)
线性代数·矩阵
在路上看风景3 小时前
26. Mipmap
unity
咸鱼永不翻身5 小时前
Unity视频资源压缩详解
unity·游戏引擎·音视频
在路上看风景5 小时前
4.2 OverDraw
unity
在路上看风景6 小时前
1.10 CDN缓存
unity
ellis197015 小时前
Unity插件SafeArea Helper适配异形屏详解
unity
nnsix17 小时前
Unity Physics.Raycast的 QueryTriggerInteraction枚举作用
unity·游戏引擎
地狱为王17 小时前
Cesium for Unity叠加行政区划线
unity·gis·cesium