UnityShader之Glitch Art效果

导读

电视信号受到干扰，产生画面抖动、色彩漂移等现象，这种电子设备成像故障产生的效果，被应用在赛博朋克等科幻类型的影视游戏作品中。逐渐成为一种特有的风格艺术：故障艺术（Glitch Art）。育碧在其3A大作《看门狗》系列中，频繁的采用了这种表现手法。日本知名Unity大师Keijiro的开源库项目KinoGlitch模拟了这一风格。

该项目主要模拟了两种类型的效果：Analog Glitch和Digital Glitch。

（无特效时场景）

开源库链接：https://lab.uwa4d.com/lab/5b5d1c86d7f10a201feaa37f

Analog Glitch

这种Glitch效果类型可以分为以下四种效果：

1、Scan Line Jitter

（_scanLineJitter设定为0.5时 效果图）

这种效果是以像素为单位横向拉伸不同程度地拉伸物体，从而形成抖动。可以通过后处理的方式来实现。在Shader中进行采样的时候，采样点为原图位置横向偏移一些的点。可以通过一个float类型的变量来控制偏移量。

（_scanLineJitter设定为1时 效果图）

这个效果的实现重点在于采样的随机性，这样抖动的效果更加逼真。并且偏移量处在一个限定的范围内，即使抖动也能基本看出原本的模型样貌。作者设计了一个较为复杂运算来模拟随机效果，并将偏移量限定在特定范围内：

//AnalogGlitch.cs中设定变量用于控制偏移量
[SerializeField, Range(0, 1)]
float _scanLineJitter = 0;

//AnalogGlitch.shader
//计算具体偏移量
float jitter = nrand(v, _Time.x) * 2 - 1;
jitter *= step(_ScanLineJitter.y, abs(jitter)) * _ScanLineJitter.x;

float nrand(float x, float y){
  return frac(sin(dot(float2(x, y), float2(12.9898, 78.233))) * 43758.5453);
}
//根据偏移量进行采样
half4 src1 = tex2D(_MainTex, frac(float2(u + jitter, v)));

2、Horizontal Shake

这种效果用于进行横向的抖动，通过设定一个float类型的偏移量。绘制时根据偏移量进行采样即可：

//AnalogGlitch.cs中设定变量用于控制偏移量
_material.SetFloat("_HorizontalShake", _horizontalShake * 0.2f);
//AnalogGlitch.shader
//计算具体偏移
float shake = (nrand(_Time.x, 2) - 0.5) * _HorizontalShake;

float nrand(float x, float y){
  return frac(sin(dot(float2(x, y), float2(12.9898, 78.233))) * 43758.5453);
//根据偏移量进行采样
half4 src1 = tex2D(_MainTex, frac(float2(u + shake, v)));

3、Color Drift

（效果图）

这种效果主要用于模拟机器故障时颜色显示出现错乱、偏移、重影的情况。可以通过讲RGB通道进行分离重组的方式进行实现。

//AnalogGlitch.cs中设定变量用于控制偏移量
var cd = new Vector2(_colorDrift * 0.04f, Time.time * 606.11f);
_material.SetVector("_ColorDrift", cd);
//AnalogGlitch.shader
//计算具体偏移
float drift = sin(jump + _ColorDrift.y) * _ColorDrift.x;

//采样原图&根据偏移量进行采样
half4 src1 = tex2D(_MainTex, frac(float2(u , v)));
half4 src2 = tex2D(_MainTex, frac(float2(u + drift, v)));

//将上述的采样结果进行混合
return half4(src1.r, src2.g, src1.b, 1);

4、Vertical Jump

（效果图）

这种效果用于模拟机器故障时，出现纵向跳动的的情况。这种情况的模拟比较简单，可以通过设定一个纵向偏移量，对原图进行采样即可：

（效果图）

在此基础上，可以通过插值，来实现采样过程中只采集局部图片的效果：

（进行插值后效果图）

具体代码如下：

//AnalogGlitch.cs中设定变量用于控制偏移量
_verticalJumpTime += Time.deltaTime * _verticalJump * 11.3f;
 var vj = new Vector2(_verticalJump, _verticalJumpTime);
_material.SetVector("_VerticalJump", vj);

//AnalogGlitch.shader
//进行插值
float jump = lerp(v, frac(v + _VerticalJump.y), _VerticalJump.x);
//根据偏移量进行采样
half4 src1 = tex2D(_MainTex, frac(float2(u, jump)));

可以将上述四种实现效果进行组合：

half4 src1 = tex2D(_MainTex, frac(float2(u + jitter + shake, jump)));
half4 src2 = tex2D(_MainTex, frac(float2(u + jitter + shake + drift, jump)));
return half4(src1.r, src2.g, src1.b, 1);

从而得到一些复杂的效果：

(效果图)

Digital Glitch: Block Damage

（效果图）

这种类型效果是在图像上显示一定大小、颜色的色块，用于模拟电子设备故障部分区域无法正常显示的效果。

可以通过一个噪声图像来辅助制作。首先随机生成一个噪声图像：

void UpdateNoiseTexture(){
var color = RandomColor();
for (var y = 0; y < _noiseTexture.height; y++){
  for (var x = 0; x < _noiseTexture.width; x++){
    if (Random.value > 0.89f)
      color = RandomColor();
    _noiseTexture.SetPixel(x, y, color);
    }
  }
   _noiseTexture.Apply();
}

设定一个float类型的变量_intensity用来控制效果力度。

作者在片元着色器中设计了一套运算，保证当_intensity=1时，图像全部区域产生该效果：

反之，_intensity=0时，没有效果。

具体采样包括：正常图像、前一次刷新时图像、噪声图像。通过这三种图像采集的得到的区域进行混合叠加得到效果：

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性能测评

我们对项目进行优化处理，将场景中模型使用的Standard Shader 全部替换为Diffuse Shader。（大家在使用案例测试时要注意其Standard Shader带来的巨大开销）。

使用华为8Plus，开启多线程渲染，同时开启两个效果后，用GOT Online测试了下性能，FPS可达30帧左右。

读者可以尝试将该效果应用于移动端。应用时可以进一步优化，例如简化算法，减少使用sin、dot、pow等函数，采用其他的算法来模拟随机等。

快用UWA Lab合辑Mark好项目！

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