Unity Shader 屏幕后效果——高斯模糊

高斯模糊是图像模糊处理中非常经典和常见的一种算法，也是Bloom屏幕效果的基础。

实现高斯模糊同样用到了卷积的概念，关于卷积的概念和原理详见我的另一篇博客：

https://www.cnblogs.com/koshio0219/p/11137155.html

通过高斯方程计算出的卷积核称为高斯核，一个5*5的高斯核对它进行权重归一化如下：

0.0030	0.0133	0.0219	0.0133	0.0030
0.0133	0.0596	0.0983	0.0596	0.0133
0.0219	0.0983	0.1621	0.0983	0.0219
0.0133	0.0596	0.0983	0.0596	0.0133
0.0030	0.0133	0.0219	0.0133	0.0030

通过表也可以很清楚的看到，离原点越近的点模糊程度影响越大，反之越小。

为了优化计算，可以将这个5*5矩阵简化为两个矩阵分别计算，得到的效果是相同的。

它们分别是一个1*5的横向矩阵和一个5*1的纵向矩阵，这样我们只需要对横纵向矩阵分别进行一次采样既可，这样可以很大程度的减少计算量。

拆分之后结果如下：

我们发现，最终的计算只需要记录3个权重值既可，它们是weight[3]={0.4026,0.2442,0.0545};

具体实现：

1.实现调整高斯模糊参数的脚本。

为了进一步优化计算，这里加入了降采样系数，模糊范围缩放；为此，需要在外部增加模糊采样的迭代次数，具体如下：

 using UnityEngine;

 public class GaussianBlurCtrl : ScreenEffectBase
 {
     private const string _BlurSize = "_BlurSize";//只有模糊范围需要在GPU中计算

     [Range(, )]
     public int iterations = ;//迭代次数
     [Range(0.2f, )]
     public float blurSize = 0.6f;//模糊范围
     [Range(, )]
     public int downSample = ;//降采样系数

     private void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)
     {
         if (Material != null)
         {
             //得到屏幕的渲染纹理后直接除以降采样系数以成倍减少计算量，但过大时模糊效果不佳
             int rtw = source.width/downSample;
             int rth = source.height/downSample;

             RenderTexture buffer0 = RenderTexture.GetTemporary(rtw, rth, );
             buffer0.filterMode = FilterMode.Bilinear;

             Graphics.Blit(source, buffer0);

             //利用迭代次数对模糊范围加以控制，用到了类似于双缓冲的方式对纹理进行处理
             for (int i = ; i < iterations; i++)
             {
                 //设置采样范围，根据迭代次数范围增加，之后会与纹理坐标进行乘积操作，固基础值为1
                 Material.SetFloat(_BlurSize, blurSize*i+);

                 RenderTexture buffer1 = RenderTexture.GetTemporary(rtw, rth, );
                 Graphics.Blit(buffer0, buffer1, Material, );
                 //每次处理完立即释放相应缓存，因为Unity内部已经对此做了相应的优化
                 RenderTexture.ReleaseTemporary(buffer0);
                 buffer0 = RenderTexture.GetTemporary(rtw, rth, );
                 Graphics.Blit(buffer1, buffer0,Material, );
                 RenderTexture.ReleaseTemporary(buffer1);
             }
             Graphics.Blit(buffer0, destination);
             RenderTexture.ReleaseTemporary(buffer0);
         }
         else
             Graphics.Blit(source, destination);
     }
 }

基类脚本见：

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

2.在Shader中分别进行横向和纵向的模糊计算，分为两个Pass进行，具体如下：

 Shader "MyUnlit/GaussianBlur"
 {
     Properties
     {
         _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
     }
     SubShader
     {
         Tags { "RenderType"="Opaque" }

         //CGINCLUDE中的代码可被其他Pass重复调用，用于简化不必要的重复代码
         CGINCLUDE

         #pragma multi_compile_fog
         #include "UnityCG.cginc"

         struct appdata
         {
             float4 vertex : POSITION;
             float2 uv : TEXCOORD0;
         };

         struct v2f
         {
             half2 uv[] : TEXCOORD0;
             UNITY_FOG_COORDS()
             float4 pos : SV_POSITION;
         };

         sampler2D _MainTex;
         float4 _MainTex_TexelSize;
         float _BlurSize;

         //用于计算纵向模糊的纹理坐标元素
         v2f vert_v(appdata v)
         {
             v2f o;
             o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
             half2 uv = v.uv;

             //以扩散的方式对数组进行排序，只偏移y轴，其中1和2,3和4分别位于原始点0的上下，且距离1个单位和2个像素单位
             //得到的最终偏移与模糊范围的控制参数进行乘积
             o.uv[] = uv;
             o.uv[] = uv + float2(0.0, _MainTex_TexelSize.y*1.0)*_BlurSize;
             o.uv[] = uv - float2(0.0, _MainTex_TexelSize.y*1.0)*_BlurSize;
             o.uv[] = uv + float2(0.0, _MainTex_TexelSize.y*2.0)*_BlurSize;
             o.uv[] = uv - float2(0.0, _MainTex_TexelSize.y*2.0)*_BlurSize;

             UNITY_TRANSFER_FOG(o, o.vertex);
             return o;
         }        

         //用于计算横向模糊的纹理坐标元素
         v2f vert_h(appdata v)
         {
             v2f o;
             o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
             half2 uv = v.uv;

             //与上面同理，只不过是x轴向的模糊偏移
             o.uv[] = uv;
             o.uv[] = uv + float2( _MainTex_TexelSize.x*1.0,0.0)*_BlurSize;
             o.uv[] = uv - float2( _MainTex_TexelSize.x*1.0,0.0)*_BlurSize;
             o.uv[] = uv + float2( _MainTex_TexelSize.x*2.0,0.0)*_BlurSize;
             o.uv[] = uv - float2( _MainTex_TexelSize.x*2.0,0.0)*_BlurSize;

             UNITY_TRANSFER_FOG(o, o.vertex);
             return o;
         }

         //在片元着色器中进行最终的模糊计算，此过程在每个Pass中都会进行一次计算，但计算方式是统一的
         fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
         {
             float weights[] = {0.4026,0.2442,0.0545};

             fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv[]);

             fixed3 sum = col.rgb*weights[];

             //对采样结果进行对应纹理偏移坐标的权重计算，以得到模糊的效果
             for (int it = ; it < ; it++)
             {
                 sum += tex2D(_MainTex, i.uv[ * it - ]).rgb*weights[it];//对应1和3，也就是原始像素的上方两像素
                 sum += tex2D(_MainTex, i.uv[ * it]).rgb*weights[it];//对应2和4，下方两像素
             }
             fixed4 color = fixed4(sum, 1.0);
             UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, color);
             return color;
         }

         ENDCG

         ZTest Always
         Cull Off
         ZWrite Off

         //纵向模糊Pass，直接用指令调用上面的函数
         Pass
         {
             NAME "GAUSSIANBLUR_V"
             CGPROGRAM
             #pragma vertex vert_v
             #pragma fragment frag

             ENDCG
         }

         //横向模糊Pass
         Pass
         {
             NAME "GAUSSIANBLUR_H"
             CGPROGRAM
             #pragma vertex vert_h
             #pragma fragment frag

             ENDCG
         }
     }
     Fallback Off
 }

效果如下：