Unity Shader 极简实践5——2D图片描边

《赛博朋克》朱迪·阿尔瓦雷兹

这篇文章描述如何对2D图片(Unity 中的 Sprite 和 UGUI Image) 做描边

1. 内描边

思路：在片元着色器中，判断当前片元的上下左右像素（使用数值width来确定上下左右“多远”，从而得到描边的宽度），上下左右四个像素的 alpha 分量相乘越接近0，则该像素颜色越接近描边颜色。大致可以理解为如果某像素p的上下左右其中某个像素为透明像素，则p处于边缘，将p像素绘制为描边颜色。
代码如下：

Shader "Custom_Shader/ImageInnerOutline"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Sprite Texture", 2D) = "white" {}
        _OutlineWidth ("Outline Width", float) = 1
        _OutlineColor ("Outline Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
            half4 _MainTex_TexelSize;
            float _OutlineWidth;
            float4 _OutlineColor;

            struct appdata
            {
                float4 vertex   : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float4 vertex   : SV_POSITION;
                half2 uv  : TEXCOORD0;
                half2 left : TEXCOORD1;
                half2 right : TEXCOORD2;
                half2 up : TEXCOORD3;
                half2 down : TEXCOORD5;
            };

            v2f vert(appdata i)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(i.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(i.uv, _MainTex);
                o.left = o.uv + half2(-1, 0) * _MainTex_TexelSize.xy * _OutlineWidth;
                o.right = o.uv + half2(1, 0) * _MainTex_TexelSize.xy * _OutlineWidth;
                o.up = o.uv + half2(0, 1) * _MainTex_TexelSize.xy * _OutlineWidth;
                o.down = o.uv + half2(0, -1) * _MainTex_TexelSize.xy * _OutlineWidth;
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 c = tex2D(_MainTex, i.uv);
                float transparent = tex2D(_MainTex, i.left).a * tex2D(_MainTex, i.right).a * tex2D(_MainTex, i.up).a * tex2D(_MainTex, i.down).a;
                c.rgb = lerp(_OutlineColor.rgb, c.rgb, transparent);
                
                return c;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

描边效果：

内描边效果

内描边会占用图片本身边缘的非透明像素，当描边宽度增大时当效果为

描边宽度较大

2. 外描边

思路：在片元着色器中，处理像素p，针对p的上下左右四个像素采样（使用一个变量width来控制描边宽度，也就是处理上下左右多远的像素），若p本身是透明像素，则

• 若上下左右存在非透明像素，则当前像素p返回描边颜色
• 若上下左右都是透明像素，则返回透明即可

若 p 本身非透明像素，则返回本身颜色即可
代码如下：

Shader "Custom_Shader/ImageOuterOutline"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Sprite Texture", 2D) = "white" {}
        _OutlineWidth ("Outline Width", float) = 1
        _OutlineColor ("Outline Color", Color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
        _AlphaValue ("Alpha Value", Range(0, 1)) = 0.1
    }
    SubShader
    {
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

        Pass 
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
            half4 _MainTex_TexelSize;
            float _OutlineWidth;
            float4 _OutlineColor;
            float _AlphaValue;

            struct appdata
            {
                float4 vertex   : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f
            {
                float4 vertex   : SV_POSITION;
                half2 uv  : TEXCOORD0;
                half2 left : TEXCOORD1;
                half2 right : TEXCOORD2;
                half2 up : TEXCOORD3;
                half2 down : TEXCOORD5;
            };

            v2f vert(appdata i)
            {
                v2f o;
                o.vertex = o.vertex + i.normal * _OutlineWidth;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(i.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(i.uv, _MainTex);
                o.left = o.uv + half2(-1, 0) * _MainTex_TexelSize.xy * _OutlineWidth;
                o.right = o.uv + half2(1, 0) * _MainTex_TexelSize.xy * _OutlineWidth;
                o.up = o.uv + half2(0, 1) * _MainTex_TexelSize.xy * _OutlineWidth;
                o.down = o.uv + half2(0, -1) * _MainTex_TexelSize.xy * _OutlineWidth;
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                float transparent = tex2D(_MainTex, i.left).a + tex2D(_MainTex, i.right).a + tex2D(_MainTex, i.up).a + tex2D(_MainTex, i.down).a;
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);

                if (col.a < 0.1) {
                    return step(_AlphaValue, transparent) * _OutlineColor;
                } else {
                    return col;
                }
            }
            ENDCG
        }
    }
}

外描边效果：

外描边效果

外描边不会占用图片非透明像素，但要求图片外围要有足够但透明像素，当调整外描边宽度时，效果：

描边宽度较大

• 描边宽度较大时，Image 图片顶部和左边有平滑的切割是图片本身的范围