Visual Effect Graph魔改录

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前言

　　前文提到关于粒子想实现一些东西，本篇便来还愿了。Demo使用的粒子系统并非传统的Particle System，而是基于GPU的Visual Effect Graph，下文简称VEG。
　　VEG的问题与近年来Unity新出的模块一样：有些功能就做了个壳没下文了，我需要的光照探针功能便是如此。尽管VEG在编辑器做了支持，但实际上功能是没实现的：

　　所幸Unity近年来的模块有个好处：开源，通过Package Manager下载的模块其本身已经是开源可修改的，若是对其进行一番研究搞不好就能自己实现想要的功能，不必再苦等官方？答案是没错的，我如愿以偿为VEG增加了三个功能，并将之开源了。

研究

　　根据上图可以发现，VEG特效的构成实际上就是Compute Shader + 一般Shader，它们是由VEG编辑器生成的，双击可查看生成后的代码。由此可见，VEG实际上与Shader Graph差不多，都是通过编辑器进行创作，最后生成相应的代码。
　　由于先前的经验，这类源码的入手点自然是找到编辑器定义属性的地方。比如设置Shader效果的Output部分，顺藤摸瓜便很快找到了：

　　以此类推，便找到了生成Shader的相关处：

　　如此路线便打通了，以上得到了两个重要的信息：每个不同的Output类型（Quad、Cube、Mesh……）都会有对应的Shader模板，表示我们加料时也要考虑到多种类型的情况。其次是区分了Legacy与Universal两个文件夹，可见分别对应Built-in与URP管线，毕竟他们使用的Shader库并不相同。如此VEG能在老管线使用，并且在HDRP有新功能就能理解了。

接受阴影

　　目前对于VEG最迫切需要的功能便是接受阴影了，无论实时阴影还是光照探针，VEG目前都是没有的。好在按照上文的路线通读一番后，发现追加接受阴影还是蛮容易的。
　　顺着上文继续走下去，看到了主Pass下有个名为VFXApplyColor的插入片段在各类型的主Pass都有用到，可见是通用的着色过程。那么在这里加入阴影着色正好：

　　通过搜索其他函数的出处找到了Shaders/RenderPipeline/Universal/VFXCommon.hlsl，到了这里便是熟悉的Shader编写环境了，Include的文件都是URP那套，写就完事了：

float4 VFXApplyShadow(float4 color, float3 posWS) {
    float4 shadowCoord = TransformWorldToShadowCoord(posWS);
    Light mainLight = GetMainLight(shadowCoord);
    color.rgb *= mainLight.color * mainLight.distanceAttenuation * mainLight.shadowAttenuation;
    return color;
}

　　当然这函数还不能直接用，根据观察其他函数还会在Shaders/VFXCommonOutput.hlsl针对VEG的环境做一层封装然后写到VFXApplyColor里即可：

float4 VFXApplyShadow(float4 color,VFX_VARYING_PS_INPUTS i)
{
    #if USE_RECEIVE_SHADOWS
        #if defined(VFX_VARYING_POSWS)
            return VFXApplyShadow(color, i.VFX_VARYING_POSWS);
        #else
            return VFXApplyShadow(color, (float3)0); //Some pipeline (LWRP) doesn't require WorldPos
        #endif
    #else
        return color;
    #endif
}

　　当然还要提供阴影相关的multi_compile，搜索代码得知加在VFXPassForwardAdditionalPragma片段，然后就可以看效果啦：

光照探针

　　接受实时阴影算是完成了，但还要考虑到烘焙阴影的情况，于是对于光照探针的支持也要考虑到。VEG关于光照探针的外围支持已经完备（根据光照设置、探针设置开启相关KEYWORD），欠缺的只是Shader相关的部分。
　　在不考虑GI，按照我在模型渲染一样的做法的前提下，只需要在VFXApplyShadow加点料即可：

float4 VFXApplyShadow(float4 color, float3 posWS) {
    float4 shadowCoord = TransformWorldToShadowCoord(posWS);
    Light mainLight = GetMainLight(shadowCoord);
#if defined(_MIXED_LIGHTING_SUBTRACTIVE)
    mainLight.distanceAttenuation = lerp(GetMainLightShadowStrength(), 1, saturate(mainLight.distanceAttenuation));
#endif
    color.rgb *= mainLight.color * mainLight.distanceAttenuation * mainLight.shadowAttenuation;
    return color;
}

　　与之前的做法一样，distanceAttenuation在光照探针下会变成光照计算的着色值，将之锁定在阴影强度-1之间即可。然后烘焙阴影，设置特效组件开启光照探针即可看到效果了：

　　比较遗憾的是，光照探针的计算是以GameObject为准的，而非以每个粒子为准，这也是没办法的事，只能尽量避免露馅了。
　　关于阴影还剩最后一个点没有做：在编辑器的开关设置，这个模仿其他属性添加变量，并在VFXParticleOutput.cs的additionalDefines变量里添加相关KEYWORD，最后在Shader里做判定即可：

水面问题

　　目前粒子特效在水面上显示会出现很明显的层次错误：

　　火焰实际上并没有进入水里，但是看着却变蓝了。这是因为水面的渲染时机在所有对象之后，并使用CameraColorTexture进行显示。而此时火焰已在Texture里了，于是与水重叠的部分便被水渲染处理了。
　　基于这个问题可以很迅速的想到解法：利用RenderFeature的RenderObjects可以新建渲染批次，并将粒子主Pass的LightMode改为新的批次即可：

　　试了下效果，问题的确解决了，但是……

　　但是水里的火焰消失了，这也是当然的，毕竟在水面渲染之前，火焰还没渲染呢。进一步思考后想到了个绝妙的方案：为粒子新增一个与主Pass一模一样的Pass，也就是目前的ParticlePost，保留原本的主Pass，将LightMode还原。当然只是如此的话会出现一个粒子渲染两次重叠起来的情况，而我们可以让ParticlePost只在与水面重叠时显示，这样便可解决重叠问题了。
　　为此我们要用上模板测试，让水面写入特定的模板值，然后在ParticlePost做判定（假设水面写入值为2）：

　　限于篇幅，关于添加Pass的做法还请自行查阅源码。看看效果吧：

　　很棒很棒，这下算是解决粒子与水面的问题了。尽管在水面时事实上是有重叠的，看着效果还行就凑合吧。由此延伸可以说是半透明对象与水面的一种解决方案了。
　　最后是编辑器相关，只能写死数值显然是不好的，这里我使用了VEG提供的定义代码段功能，在VFXParticleOutput.cs的additionalReplacements变量添加，并在模板里调用即可：