初探雾效果！Shader 源码分析与讲解！ Cocos Creator 3D Shader Fog !

效果

原理

雾效(fog)是游戏中常用的一种效果，根据远近产生不同的深度的雾效果。

这个效果涉及两个关键字。

• 距离
• 颜色

在着色器中，雾效的距离，一般转换成计算雾效因素(factor_fog)，这个数字范围是0-1。

• 1 表示完全不受雾影响
• 0 表示完全被雾笼罩

接着再根据这个雾效因素去计算颜色，混合当前颜色color和雾factor_fog的颜色即可。

mix(cc_fogColor.rgb, color.rgb, factor_fog)

接下来就是如何去计算这个雾效因素了。

雾效因素一般是通过由摄像机位置(cc_cameraPos)和当前点位置(世界坐标，由世界空间矩阵和模型坐标计算的wPos)的距离去计算的。

float cam_dis = distance(cc_cameraPos, wPos);

不同的雾效果，采用不同的方式去计算雾效因素。

线性雾

线性一般会有两个参数去计算。雾开始的地方fogStart和雾最远的地方fogEnd。

• 当距离小于雾开始的地方，表示没有雾，即雾效因素为1
• 当距离大于雾最远的地方，完全被雾给覆盖了，即雾效因素为0

factor_fog = clamp((fogEnd - cam_dis) / (fogEnd - fogStart), 0., 1.);

当然也可以改造一下，在0-1之间平滑一些。

factor_fog = 1.0 - smoothstep(fogStart, fogEnd, fogDistance);

指数雾

指数雾就是用指数函数根据距离计算雾效因素。

一般会有一个雾浓度fogDensity去控制这个指数函数。

一般指数雾：

factor_fog = exp(-cam_dis * fogDensity);

平方指数雾：

factor_fog = exp(-cam_dis * cam_dis * fogDensity * fogDensity);

这里的 cam_dis 通过如下方式实现：

float cam_dis = distance(cc_cameraPos,wPos）/ fogAtten * 4.;

新增 fogAtten属性的主要目的在于可以自定义无效衰减系数到合适的位置。

层级雾

层级雾计算过程相对复杂，大致过程就是计算水平面的距离和高度距离以及浓度参数，具体实现过程可以参考源代码 cc-fog.chunk。

fDensity = (sqrt(1.0 + ((fDeltaD / fDeltaY) * (fDeltaD / fDeltaY)))) * fDensityIntegral;
factor_fog = exp(-fDensity);

移植

在 Cocos Creator 3D v1.2 版本之前还未提供雾效果，那么该如何移植或定制呢？

把控一个重点，雾效果的关键就是计算雾效因素。

因为材质默认使用的是 builtin-standard.effect，可以拷贝一份重新写个build-in-fog.effect，然后再将需要雾化的材质选择这个effect。

先在顶点着色器中加一个雾效因素的计算方法。

out float v_fogFactor;
float computeFogFactor(float fogDistance){
    const float start = 1000.0;
    const float end = 3000.0;
    const float density = 0.0002;
    // return clamp((end-fogDistance)/(end-start), 0.0, 1.0); //雾化因子线性变化
    return 1.0 - smoothstep(start,end,fogDistance); //雾化因子非线性变化
    // return exp(-(density*fogDistance)); // 指数雾
    // return exp(-density*density*fogDistance*fogDistance); // 指数雾2
}

把雾效因素传给片元着色器。

v_fogFactor = computeFogFactor(length(cc_cameraPos.xyz - pos.xyz));

在片元着色器中接收雾效因素。

in float v_fogFactor;

计算混合颜色。

color.rgb = mix(fogColor, color.rgb, v_fogFactor);

效果预览(示例项目可以联系原作者获取)：

小结

雾 fog ！计算雾效系数 ！混合颜色 ！shader ！

雾效是在游戏中是广泛应用的一种特效，尤其是广阔的地形和无限跑酷类游戏中特别实用。Cocos Creator 3D v1.2 引擎中正式引入了场景级别雾效的支持，还带来了诸多重要的新特性和优化，目前正在论坛公测中。

公测链接：
https://forum.cocos.org/t/cocos-creator-3d-v1-2/97907/11

很感谢白玉无冰对这部分实现的详细解析，相信可以帮助开发者更好地理解和使用雾效这项新功能。欢迎分享本文给身边的朋友，也欢迎您在评论区或进入作者原文一起交流！

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