【Unity3D】地面网格特效

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1 前言

本文实现了地面网格特效，包含以下两种模式：

实时模式：网格线宽度和间距随相机的高度实时变化；
分段模式：将相机高度分段，网格线宽度和间距在每段中对应一个值。

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本文完整资源见→Unity3D地面网格特效。

2 地面网格实现

SceneController.cs

using System;
using UnityEngine;

public class SceneController : MonoBehaviour {
    private static SceneController instance; // 单例
    private Action cameraChangedHandler; // 相机状态改变处理器
    private Transform cam; // 相机

    public static SceneController Instance() { // 获取实例
        return instance;
    }

    public void AddHandler(Action handler) { // 添加处理器
        cameraChangedHandler += handler;
    }

    private void Awake() {
        instance = this;
        cam = Camera.main.transform;
    }

    private void Update() { // 更新场景(Scroll: 缩放场景, Ctrl+Drag: 平移场景, Alt+Drag: 旋转场景)
        float scroll = Input.GetAxis("Mouse ScrollWheel");
        ScaleScene(scroll);
        if ((Input.GetMouseButton(0))) {
            if (Input.GetKey(KeyCode.LeftControl) || Input.GetKey(KeyCode.RightControl)) {
                float hor = Input.GetAxis("Mouse X");
                float ver = Input.GetAxis("Mouse Y");
                MoveScene(hor, ver);
            }
            if (Input.GetKey(KeyCode.LeftAlt) || Input.GetKey(KeyCode.RightAlt)) {
                float hor = Input.GetAxis("Mouse X");
                float ver = Input.GetAxis("Mouse Y");
                RotateScene(hor, ver);
            }
        }
    }

    private void ScaleScene(float scroll) { // 缩放场景
        if (Mathf.Abs(scroll) > Mathf.Epsilon) {
            cam.position += cam.forward * scroll * 50;
            cameraChangedHandler?.Invoke();
        }
    }

    private void MoveScene(float hor, float ver) { // 平移场景
        if (Mathf.Abs(hor) > Mathf.Epsilon || Mathf.Abs(ver) > Mathf.Epsilon) {
            cam.position -= (cam.right * hor * 3 + cam.up * ver * 3);
            cameraChangedHandler?.Invoke();
        }
    }

    private void RotateScene(float hor, float ver) { // 旋转场景
        if (Mathf.Abs(hor) > Mathf.Epsilon || Mathf.Abs(ver) > Mathf.Epsilon) {
            cam.RotateAround(Vector3.zero, Vector3.up, hor * 3);
            cam.RotateAround(Vector3.zero, -cam.right, ver * 3);
            cameraChangedHandler?.Invoke();
        }
    }
}

说明：SceneController 脚本组件挂在相机对象上，这里旋转中心是固定的，如果想设置为随相机焦点自动变化，可以参考缩放、平移、旋转场景。

GridPlane.cs

using UnityEngine;

public class GridPlane : MonoBehaviour {
    public GridType gridType = GridType.REALTIME; // 网格类型
    private const float lineGapFactor = 0.2f; // 线段间距因子(相机距离单位长度变化时线段间距的变化量)
    private const float lineWidthFactor = 0.01f; // 线段宽度因子(相机距离单位长度变化时线段宽度的变化量)
    private const int segmentFactor = 100; // 分段因子(每隔多远分一段)
    private Transform cam; // 相机
    private float camDist; // 相机距离
    private float lineGap = 1; // 线段间距
    private float lineWidth = 0.05f; // 线段宽度
    private Vector4 planeCenter = Vector4.zero; // 地面中心
    private Material material; // 网格材质

    private void Start() {
        SceneController.Instance().AddHandler(UpdateGrid);
        cam = Camera.main.transform;
        material = Resources.Load<Material>("GridPlaneMat");
        material.SetVector("_PlaneCenter", planeCenter);
        UpdateGrid();
    }

    private void UpdateGrid() { // 更新网格
        camDist = Mathf.Abs(cam.position.y - planeCenter.y);
        if (gridType == GridType.REALTIME) {
            RealtimeUpdateGrid();
        } else if (gridType == GridType.SEGMENTED) {
            SegmentedUpdateGrid();
        }
    }

    private void RealtimeUpdateGrid() { // 实时更新网格
        lineGap = camDist * lineGapFactor;
        lineWidth = camDist * lineWidthFactor;
        UpdateMatProperties();
    }

    private void SegmentedUpdateGrid() { // 分段更新网格
        int dist = (((int) camDist) / segmentFactor + 1) * segmentFactor;
        lineGap = dist * lineGapFactor;
        lineWidth = dist * lineWidthFactor;
        UpdateMatProperties();
    }

    private void UpdateMatProperties() { // 更新材质属性
        lineGap = Mathf.Max(lineGap, lineGapFactor);
        lineWidth = Mathf.Max(lineWidth, lineWidthFactor);
        material.SetFloat("_LineGap", lineGap);
        material.SetFloat("_LineWidth", lineWidth);
    }
}

public enum GridType { // 网格类型
    REALTIME, // 实时模式(网格随相机高度实时变化)
    SEGMENTED // 分段模式(网格随相机高度分段变化)
}

说明：GridPlane 脚本组件挂在地面对象上。

GridPlane.shader

Shader "MyShader/GridPlane"  { // 路径上的节点移动特效
    Properties {
        _PlaneColor("Plane Color", Color) = (1, 1, 1, 1) // 地面颜色
        _LineColor("Line Color", Color) = (1, 1, 1, 1) // 线条颜色
        _LineGap("Line Gap", Int) = 1 // 线段间距
        _LineWidth("Line Width", Range(0, 1)) = 0.1 // 线段宽度
        _PlaneCenter("Plane Center", Vector) = (0, 0, 0, 0) // 地面中心
    }

    SubShader {
        Pass {
            cull off
            CGPROGRAM
 
            #include "UnityCG.cginc"
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            float4 _PlaneColor; // 地面颜色
            float4 _LineColor; // 线条颜色
            int _LineGap; // 线段间距
            float _LineWidth; // 线段宽度
            float4 _PlaneCenter; // 地面中心

            struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION; // 裁剪空间顶点坐标
                float2 worldPos : TEXCOORD0; // 世界空间顶点坐标(只包含xz)
            };
 
            v2f vert(float4 vertex: POSITION) {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(vertex); // 模型空间顶点坐标变换到裁剪空间, 等价于: mul(UNITY_MATRIX_MVP, vertex)
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, vertex).xz; // 将模型空间顶点坐标变换到世界空间
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                float2 vec = abs(i.worldPos - _PlaneCenter.xz);
                float2 mod = fmod(vec, _LineGap);
                float2 xz = min(mod, _LineGap - mod);
                float dist = min(xz.x, xz.y);
                float factor = 1 - smoothstep(0, _LineWidth, dist);
                fixed4 color = lerp(_PlaneColor, _LineColor, factor);
                return fixed4(color.xyz, 1);
            }

            ENDCG
        }
    }
}

说明：在 Assets 窗口新建 Resources 目录，接着在 Resources 目录下面创建材质，重命名为 GridPlaneMat，将 GridPlane.shader 与 GridPlaneMat 材质绑定。