【OpenGL】Shader实例分析（二）－ Heart

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这片文章将介绍怎么用Shader来绘制一个跳动的心脏。这里会涉及到一些数学知识。先看效果图：

源代码如下：

 //Createdbyinigoquilez-iq/2013
 //LicenseCreativeCommonsAttribution-NonCommercial-ShareAlike3.0UnportedLicense.
//changedbystalendp@gmail.com
Shader"shadertoy/Heart"{//seehttps://www.shadertoy.com/view/XsfGRn
CGINCLUDE

#include"UnityCG.cginc"
#pragmatarget3.0
structvertOut{
float4pos:SV_POSITION;
float4srcPos;
};

vertOutvert(appdata_basev){
vertOuto;
o.pos=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
returno;
}
fixed4frag(float4sp:WPOS):COLOR0{
float2p=(2.0*sp.xy-_ScreenParams.xy)/min(_ScreenParams.y,_ScreenParams.x);
p.y-=0.25;
//backgroundcolor
float3bcol=float3(1.0,0.8,0.7-0.07*p.y)*(1.0-0.25*length(p));
//animate
floattt=fmod(_Time.y,1.5)/1.5;
floatss=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
floata=atan2(p.x,p.y)/3.141593;
floatr=length(p);
floath=abs(a);
floatd=(13.0*h-22.0*h*h+10.0*h*h*h)/(6.0-5.0*h);
//color
floats=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,1.0),0.1);
float3hcol=float3(1.0,0.5*r,0.3)*s;
float3col=lerp(bcol,hcol,smoothstep(-0.01,0.01,d-r));
returnfloat4(col,1.0);
ENDCG
SubShader{
Pass{
CGPROGRAM
#pragmavertexvert
#pragmafragmentfrag
#pragmafragmentoptionARB_precision_hint_fastest
}
FallBackOff
}

网上有很多关于心形的绘制方法，这里介绍一种。

1. 心形画法的原理

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

atan2(p.y,p.x)求的是向量(x,y)所对应的角度。求得的是弧度制的值，除以pi后得到的范围是［0，1］；

所以上面的函数就是求得平面上的坐标点所对应向量的角度（被映射到［0，1］之间）；

如下图，点p1和p2是屏幕上的不同的两点，但是他们对应的角度是(4/8)*pi（经过上面公式的映射，值为4/8）；

下图是个单位圆，p1和p2中间标注的点4/8就是（atan2(p.y,p.x)/3.1415）的值。这个整个标注出来的点（除了p1和p2外）呈现一个心形。所以只要为心形内部和外部染成不同的颜色即可（如下图中，p1染成红色，p2染成背景色）。

方法是用step方法，这里用smoothstep，使得边缘不那么硬,然后结合lerp方法，如下：

floata=atan2(p.y,x)/3.141593;rlength);

float3col=lerp(bcol,68); font-family:Menlo">hcolsmoothstep(-0.01a-r)); // 当p1时，smoothstep返回1；p2时，smoothstep返回0；

这样就可以画半个倒着的心：

翻转xy轴，并取绝对值，

;);floathabs();));

得到：

心太肥了，用下面的函数来调节心形：

，对应的曲线如下：

；

这样就得到比较ok的心形了，如下：

2. 心形跳动的算法

接下来，结合时间和函数来获取一个跳动的心脏：

对应的图像：

正真的效果函数，如下：

对应的代码为：

//animatettfmod(_Time1.5; // 周期为1.5秒sspow2)*0.5+-=*0.2*sin6.28313.0)*exp(-4.0);*=float2()+*); // 不同的轴影响不同，使得心在跳动时，纵向变矮，横向变宽

3. 颜色（待续）