解读Unity中的CG编写Shader系列4——unity中的圆角矩形shader

tianhett

上篇文章中我们掌握了表面剔除和剪裁模式
这篇文章将利用这些知识实现一个简单的，但是又很常用的例子:把一张图片做成圆角矩形

例3：圆角矩形Shader
好吧我承认在做这个例子的时候走了不少弯路，由于本人对矩阵的知识掌握已经悉数还给老师，所以一开始用了一些笨办法计算圆角矩形区域。
我们知道TEXTCOORD0是一个以对象为坐标系的坐标，并且范围在该坐标的第一象限，取值为(0,0)到(1,1)
那么我们把每一张图片都看做一张1X1大小的矩形
我们要在1X1大小的矩形中擦除4个角，应该是这样:

以左上角为例，我们做一个辅助圆内切于这个角，半径为0.1，那么我们将这个圆擦掉3/4，剩下的黄色弧线与这个角形成的区域就是我们要擦除的区域:

这个道理很简单，那么我们对4个角分别擦除掉这样的区域就能得到一个半径为10%原图尺寸的圆角矩形

我一开始走的弯路就在于计算这个区域，是用4个圆的方程来算呢还是用距离来计算

由于给出4个圆的方程太过于复杂，我这里直接给出计算外点距离算法的示意图:

首先在这个大矩形的内部以4个圆心为顶点做出一个内矩形，心算得边长为0.8
其次忽略内矩形内部的点，在这个红色矩形内给定任意一个蓝色矩形的外点p ，只要能够得到p到蓝色矩形的距离，距离大于0.1(半径),那么就在圆角矩形外部，直接擦除，如图:

我们看p1,p2,p3,3个点到蓝色矩形的距离分别是p1的距离<半径，根号2倍半径>p2的距离>半径，p3的距离等于半径
所以p2在圆角矩形外，p1,p3在圆角矩形内部或边缘，我们将p2擦除掉
其中p3的距离恰好是 p3到4条直线的距离最小值
p1同理
而p2的距离不能再这样计算，而应该是计算p2到4个顶点距离的最小值

按这个算法只要算出所有外点中的点到蓝色矩形区域的距离，然后与半径判断大小，大于则discard就能得到圆角矩形

一开始我按照这个思路得出一个极端无脑的方法：

给定任意一点p，求p到4条直线，4个顶点的距离，然后在8个距离中求最小值作为最终的距离拿来与半径比较

兴奋地写完代码知道我错了，检查了很久才明白，像p3这种点，算出来的8个距离中，最小距离并不是到顶点的距离，而是到两条边的延长线的距离

于是最终8距离求最小值算法以失败告终

还是得老老实实分情况
那么有几种情况呢
其实只有1种，但是先按正常逻辑分为2种：

我们来看绿色区域和紫色区域的外点们
1、当外点在紫色区域时，距离应是点到4顶点的距离最小值
2、当外点在绿色区域时，距离应是点到4条直线的距离最小值
按照这个思路那么我们可以对整个 坐标系内的任意点（x,y）进行判断：
1、如果点在白色区域或者绿色区域内， 还计算个毛线距离啊，肯定是不discard啊~~~~(之前我傻乎乎的还真去算了)

2、紫色区域内计算点到4顶点距离，然后取最小值，然后将大于0.1的部分剔除掉

最后我们需要将这个0.1作为变量提取出来，不能写死，这样可以在Inspector中方便调节，或者在script中去设置，也就是给我们的shader定义一个float或rang型的属性

最后代码为:

Shader "Custom/RoundRect" {
Properties {
//两种内容模式，图片模式
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
//纯色模式
//_MainColor ("Color", COLOR) = (1,1,1,1)
//圆角半径，默认为0.1
_RoundRadius("Radius",float) = 0.1
}
SubShader {

Pass{
CGPROGRAM

#pragma fragment frag

#include "UnityCG.cginc"
//获取3个属性 并传值到CG代码段
sampler2D _MainTex;
float _RoundRadius;
float4 _MainColor;

//片段着色器输入结构体(可省略)
struct FragInput{
float2 texcoord:TEXCOORD0;

};

//片段着色器入口函数
float4 frag(FragInput input) : COLOR
{

float4 c=tex2D(_MainTex,input.texcoord);//将图片信息按坐标转换成颜色
//float4 c=_MainColor; //纯色

//x,y两个变元，区间均为[0,1]
float x=input.texcoord.x;
float y=input.texcoord.y;

//4条直线的常数部分
float xt=1-_RoundRadius;
float xb=_RoundRadius;
float yl=_RoundRadius;
float yr=1-_RoundRadius;
//如果(x,y)不在4条直线构成的矩形中(上图的白色区域)
if(!(xxb&&y>yl&&y<yr))
{</yr))

//如果(x.y)不在上图的绿色区域
if(!((xxb) || (y>yl&&y<yr) ))
//数学不好，好像判断的复杂了，如果您可以直接写出紫色区域
//的不等式组那么可以简单点
{
//计算四个顶点的坐标
float2 plb=float2(_RoundRadius,_RoundRadius);
float2 plt=float2(_RoundRadius,1-_RoundRadius);
float2 prt=float2(1-_RoundRadius,1-_RoundRadius);
float2 prb=float2(1-_RoundRadius,_RoundRadius);

//计算x,y分别到4个顶点的距离
float distlb=sqrt(pow((x-plb.x),2)+pow((y-plb.y),2));
float distlt=sqrt(pow((x-plt.x),2)+pow((y-plt.y),2));
float distrt=sqrt(pow((x-prt.x),2)+pow((y-prt.y),2));
float distrb=sqrt(pow((x-prb.x),2)+pow((y-prb.y),2));

//对4个距离取最小值
float dist=min(distlb,distlt);
dist=min(dist,distrt);
dist=min(dist,distrb);

//将大于半径的表面剔除
if(dist>_RoundRadius)
discard;

}

}

return c;

}
ENDCG
}

}
FallBack "Diffuse"
}

最后运行的效果，不同Radius不同尺寸的图片进行圆角矩形剔除

当radius设为0.25时我们可以得到一个圆，所以我们的RoundRadius属性可以设置为一个0.01~0.25的rang

由于我是windows系统，mac os下好像有点问题，不知道是不是省略了顶点着色器的问题，发现原因后再来补正