OpenGL Shader實例分析（2）繪制心臟跳動效果

2019-10-21 21:24:59

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本文將介紹怎么用Shader來繪制一個跳動的心臟。這里會涉及到一些數學知識。先看效果圖：

OpenGL,Shader,心臟跳動

源代碼如下：

// Created by inigo quilez - iq/2013// License Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.// changed by stalendp@gmail.comShader "shadertoy/Heart" { // see https://www.shadertoy.com/view/XsfGRn CGINCLUDE   #include "UnityCG.cginc"   #pragma target 3.0  struct vertOut {   float4 pos:SV_POSITION;   float4 srcPos;  };   vertOut vert(appdata_base v) {   vertOut o;   o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);   return o;  }   fixed4 frag(float4 sp:WPOS) : COLOR0 {  float2 p = (2.0*sp.xy - _ScreenParams.xy) / min(_ScreenParams.y, _ScreenParams.x); p.y -= 0.25;  //background color float3 bcol = float3(1.0,0.8,0.7-0.07*p.y) * (1.0 - 0.25*length(p));  // animate float tt = fmod(_Time.y, 1.5)/1.5; float ss = pow(tt,.2) * 0.5 + 0.5; ss -= ss*0.2*sin(tt*6.2831*3.0)*exp(-tt*4.0); p *= float2(0.5, 1.5) + ss * float2(0.5, -0.5);  // shape float a = atan2(p.x,p.y)/3.141593; float r = length(p); float h = abs(a); float d = (13.0*h - 22.0*h*h + 10.0*h*h*h)/(6.0-5.0*h);  // color float s = 1.0-0.5*clamp(r/d,0.0,1.0); s = 0.75 + 0.75*p.x; s *= 1.0-0.25*r; s = 0.5 + 0.6*s; s *= 0.5+0.5*pow( 1.0-clamp(r/d, 0.0, 1.0 ), 0.1 ); float3 hcol = float3(1.0,0.5*r,0.3)*s;  float3 col = lerp( bcol, hcol, smoothstep( -0.01, 0.01, d-r) );  return float4(col,1.0); }   ENDCG   SubShader {  Pass {   CGPROGRAM    #pragma vertex vert   #pragma fragment frag   #pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest    ENDCG  }   }  FallBack Off }

網上有很多關于心形的繪制方法，這里介紹一種。

1. 心形畫法的原理

float a = atan2(p.y,p.x)/3.1415;

atan2(p.y,p.x)求的是向量(x,y)所對應的角度。求得的是弧度制的值，除以pi后得到的范圍是［0，1］；

所以上面的函數就是求得平面上的坐標點所對應向量的角度（被映射到［0，1］之間）；

如下圖，點p1和p2是屏幕上的不同的兩點，但是他們對應的角度是(4/8)*pi（經過上面公式的映射，值為4/8）；

下圖是個單位圓，p1和p2中間標注的點4/8就是（atan2(p.y,p.x)/3.1415）的值。這個整個標注出來的點（除了p1和p2外）呈現一個心形。所以只要為心形內部和外部染成不同的顏色即可（如下圖中，p1染成紅色，p2染成背景色）。

方法是用step方法，這里用smoothstep，使得邊緣不那么硬, 然后結合lerp方法，如下：

 float a = atan2(p.y,p.x)/3.141593;  float r = length(p); float3 col = lerp( bcol, hcol, smoothstep( -0.01, 0.01, a-r) ); // 當p1時，smoothstep返回1；p2時，smoothstep返回0；

OpenGL,Shader,心臟跳動

這樣就可以畫半個倒著的心：

OpenGL,Shader,心臟跳動

翻轉xy軸，并取絕對值，

float a = atan2(p.x,p.y)/3.141593;float r = length(p);float h = abs(a);float3 col = lerp( bcol, hcol, smoothstep( -0.01, 0.01, h-r) );

得到：

OpenGL,Shader,心臟跳動

心太肥了，用下面的函數來調節心形：

OpenGL,Shader,心臟跳動，對應的曲線如下：

OpenGL,Shader,心臟跳動；

這樣就得到比較ok的心形了，如下：

OpenGL,Shader,心臟跳動

2. 心形跳動的算法

接下來，結合時間和函數來獲取一個跳動的心臟：

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對應的圖像：

OpenGL,Shader,心臟跳動

正真的效果函數，如下：

OpenGL,Shader,心臟跳動

對應的代碼為：

// animatefloat tt = fmod(_Time.y, 1.5)/1.5; // 周期為1.5秒float ss = pow(tt,.2) * 0.5 + 0.5;ss -= ss*0.2*sin(tt*6.2831*3.0)*exp(-tt*4.0);p *= float2(0.5, 1.5) + ss * float2(0.5, -0.5); // 不同的軸影響不同，使得心在跳動時，縱向變矮，橫向變寬

3. 顏色（待續）

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持VEVB武林網。

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