[Из песочницы] Реалистичное гравитационное линзование на Unity
Эффект гравитационной линзы вызванный скоплением галактик RCS2 032727–132623Возникла недавно необходимость реализовать на Unity достаточно правдоподобное изображение черной дыры и, соответственно, эффект гравитационного линзирования ею вызываемого. Первой мыслью было найти готовую реализацию и подстроить под себя, однако, поскольку ни одного достаточно хорошего решения так и не нашел (что весьма странно, зная насколько популярны игры на космическую тематику), решил реализовать эффект самостоятельно, а заодно и поделиться результатом с хабросообществом.
Для начала напишем скрипт который мы повесим на камеру, и который будет применять шейдер к выводимому на экран изображению.
Скрипт using UnityEngine;
[ExecuteInEditMode] public class Lens: MonoBehaviour { public Shader shader; public float ratio = 1; //Отношение высоты к длине экрана, для правильного отображения шейдера public float radius = 0; //Радиус черной дыры измеряемый в тех же единицах, что и остальные объекты на сцене
public GUIText txt;
public GameObject BH; //Объект, позиция которого берется за позицию черной дыры
private Material _material; //Материал на котором будет находится шейдер protected Material material { get { if (_material == null) { _material = new Material (shader); _material.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave; } return _material; } }
protected virtual void OnDisable () { if (_material) { DestroyImmediate (_material); } }
void OnRenderImage (RenderTexture source, RenderTexture destination) { if (shader && material) { //Находим позицию черной дыры в экранных координатах Vector2 pos = new Vector2( this.camera.WorldToScreenPoint (BH.transform.position).x / this.camera.pixelWidth, 1-this.camera.WorldToScreenPoint (BH.transform.position).y / this.camera.pixelHeight);
//Устанавливаем все необходимые для шейдера параметры material.SetVector (»_Position», new Vector2(pos.x, pos.y)); material.SetFloat (»_Ratio», ratio); material.SetFloat (»_Rad», radius); material.SetFloat (»_Distance», Vector3.Distance (BH.transform.position, this.transform.position)); //И применяем к полученному изображению. Graphics.Blit (source, destination, material); } } } Теперь приступим к более важной части: написанию самого шейдера.Первым делом, нам необходимо получить радиус, в зависимости от которого будем искажать изображение:
float2 offset = i.uv — _Position; //Сдвигаем наш пиксель на нужную позицию
float2 ratio = {_Ratio,1}; //определяем соотношение сторон экрана
float rad = length (offset / ratio); //определяем расстояние
В физике, формула приломления луча света проходящего на расстоянии r от объекта с массой M имеет вид: 
Для нас M — масса черной дыры. Зная, что радиус черной дыры определяется как
Получаем следующую конструкцию
float deformation = 2*_Rad*1/pow (rad*z,2);
где deformation — сила искажения в каждой конкретной точке, при этом z — некоторая зависимость размера искажения от расстояния на котором находится камера. Что бы понять как эта зависимость выражается, обратимся к формуле кольца Эйнштейна.
Где
В данной формуле нас интересует ее зависимость от дистанции, потому, большую ее часть можно отбросить наблюдая лишь за
Поскольку шейдер обрабатывает 2х мерное изображение, мы не можем сказать о том, как далеко находятся объекты. И хотя это можно реализовать с помощью карты глубины, исказить их корректно не получиться, так как потребуются изображения всего что находиться за каждым из объектов. Поэтому предположим, что DLS и DLLS. Тогда мы видим, что размер искажения обратно пропорционален корню растояния, получаем
deformation = 2*_Rad*1/pow (rad*pow (_Distance,0.5),2);
Теперь применим нашу деформацию:
offset =offset*(1-deformation);
Вернем изображение на место и отобразим.
offset += _Position;
half4 res = tex2D (_MainTex, offset); return res; Полный код шейдера Shader «Gravitation Lensing Shader» { Properties { _MainTex («Base (RGB)», 2D) = «white» {} }
SubShader { Pass { ZTest Always Cull Off ZWrite Off Fog { Mode off } CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest #include «UnityCG.cginc»
uniform sampler2D _MainTex; uniform float2 _Position; uniform float _Rad; uniform float _Ratio; uniform float _Distance;
struct v2f { float4 pos: POSITION; float2 uv: TEXCOORD0; };
v2f vert (appdata_img v) { v2f o; o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.texcoord; return o; } float4 frag (v2f i) : COLOR { float2 offset = i.uv — _Position; //Сдвигаем наш пиксель на нужную позицию float2 ratio = {_Ratio,1}; //определяем соотношение сторон экрана float rad = length (offset / ratio); //определяем расстояние от условного «центра» экрана.
float deformation = 1/pow (rad*pow (_Distance,0.5),2)*_Rad*2;
offset =offset*(1-deformation);
offset += _Position;
half4 res = tex2D (_MainTex, offset);
//if (rad*_Distance }
} Fallback off }
Вот и все! Можно насладится результатом:[embedded content]Данный шейдер реализует искажение лишь для одного массивного объекта. Для отображения того, что находиться перед черной дырой я использовал еще одну камеру которая рисует поверх основной. И хотя такое решение нельзя назвать элегантным, оно неплохо работает в моем случае.
