Unity RenderTexture实现刮彩票、橡皮擦、擦除效果（3D物体）

一、实现效果：

类似刮刮乐的擦除效果
支持多笔擦除（一次擦不干净）

二、所用技术点：

RenderTexture
Shader

三、实现原理：

一个相机单独渲染笔刷轨迹到RenderTexture上，在通过RenderTexture中的笔刷路径修改原图中对uv的像素点的alpha值实现透明或者半透明

1. Camera渲染到RenderTexture上：

a. 在场景中新建Camera并将ClearFlag设置为Don't Clear，目的是将渲染的物体连成轨迹。
b. 设置渲染层，只渲染笔刷（笔刷是一个球），笔刷根据鼠标位置移动即可。
c. 调整相机位置，使得要擦除的区域在整个视锥体内，也可以设置成正交投影。
d. 新建RenderTexture并挂载到相机上，相机设置为非激活状态（通过代码代码Camera.Render()）进行渲染控制。因为只记录路径，所以只创建一个R8的RenderTexture就可以
ps:需要关闭相机的垂直同步（MSAA），否则会将RenderTexture翻转渲染。
设置效果如下图：
在这里插入图片描述

2. 通过RenderTexture修改原图片透明度（shader实现）

a. 通过相机的矩阵将RenderTexture变换到像素坐标系
b. 修改对应uv的原像素点的alpha值
shader代码：

Shader "Learning/guacaipiao"
{
    
    
	Properties
	{
    
    
		_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {
    
    }
		// 相机渲染的RenderTexture
		_BlitTex ("BlitTexture", 2D) = "white" {
    
    }
	}
	SubShader
	{
    
    
		Tags{
    
    "Queue" = "AlphaTest" "IgnoreProjector" = "True" "RenderType" = "TransparentCutout"}
        Cull Off
        Pass
        {
    
    
            Tags{
    
    "LightMode" = "ForwardBase"}
            
            // 开启alpah混合
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
            
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Lighting.cginc"
            #include "UnityCG.cginc"

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
			sampler2D _BlitTex;
			
            struct a2v
            {
    
    
                float4 vertex : POSITION;
                float4 texcoord : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
    
    
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 worldNormal : TEXCOORD0;
                float3 worldPos : TEXCOORD1;
                float2 uv : TEXCOORD2;
				float4 paintPos : TEXCOORD3;
            };

			// 相机的投影矩阵
			// C#中通过SetMatrix传入
			// material.SetMatrix("paintCameraVP", camera.nonJitteredProjectionMatrix * camera.worldToCameraMatrix);
			float4x4 paintCameraVP;
			
            v2f vert(a2v v)
            {
    
    
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
                
                // 下面三行是通过投影矩阵将顶点变换到像素坐标系中([0, 1])
				float4 paintPos = mul(paintCameraVP, mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex));
				paintPos /= paintPos.w; // 除以w分量，如果是相机正交投影可以省略
				o.paintPos.xy = paintPos.xy * 0.5 + 0.5; // 将[-1, 1] 变换到 [0, 1]
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET0
            {
    
    
                fixed4 texcolor = tex2D(_MainTex,i.uv);
                // 划过的轨迹r值为1，所以1 - r作为原图片的alpha值输出
				float mask = tex2D(_BlitTex, i.paintPos).r;
				return fixed4(texcolor.rgb, 1 - mask);
            }
            ENDCG
		}
	}
}

C#代码

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class GuaCaiPiaoSub : MonoBehaviour {
    
    

	public Camera rtCamera;
	public Transform brush;
	RenderTexture renderTexture;
	public Material renderMaterial;

	void Start () {
    
    
		renderTexture = rtCamera.targetTexture;
		renderMaterial.SetTexture("BlitTex", renderTexture);
		renderMaterial.SetMatrix("paintCameraVP", rtCamera.nonJitteredProjectionMatrix * rtCamera.worldToCameraMatrix);
	}

	void OnMouseDrag(){
    
    
		Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
		RaycastHit hitInfo;
		if (Physics.Raycast(ray, out hitInfo)){
    
    
			brush.position = hitInfo.point;
			rtCamera.Render();
		}
	}
}

到这一步的实现效果：
在这里插入图片描述
很容易看出，滑动慢的时候可以连成一条线，但是快速滑动时候就变成了分开的点了。为避免这种情况出现就是把相邻两帧的点连接起来，再进行渲染。下面就要说要优化效果相关的了。

四、效果优化

1. 笔刷改用LineRenderer

记录上一帧鼠标的位置，跟当前帧连线，绘制好LineRenderer后在进行渲染，这样就算两帧的点间隔大，也可以绘制两点的连线。另外可以通过调整LineRenderder宽度来调整笔刷大小。效果如下：
在这里插入图片描述
只需要改C#代码，代码如下：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class GuaCaiPiaoSub : MonoBehaviour {
    
    

	public Camera rtCamera;
	public LineRenderer lineBrush;
	RenderTexture renderTexture;
	public Material renderMaterial;

	void Start () {
    
    
		renderTexture = rtCamera.targetTexture;
		renderMaterial.SetTexture("BlitTex", renderTexture);
		renderMaterial.SetMatrix("paintCameraVP", rtCamera.nonJitteredProjectionMatrix * rtCamera.worldToCameraMatrix);
	}

	Vector3 prePos = Vector3.one * 10000;
	Vector3[] linePosArr = new Vector3[2];
	void OnMouseDrag(){
    
    
		Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
		RaycastHit hitInfo;
		if (Physics.Raycast(ray, out hitInfo)){
    
    
			if (prePos == Vector3.one * 10000) {
    
    
				prePos = hitInfo.point;
			}
			lineBrush.positionCount = 2;
			linePosArr[0] = prePos;
			linePosArr[1] = hitInfo.point;
			lineBrush.SetPositions(linePosArr);
			lineBrush.startWidth = 1f;
			lineBrush.endWidth = 1f;
			rtCamera.Render();
			prePos = hitInfo.point;
		}
	}
	
	void OnMouseUp(){
    
    
		prePos = Vector3.one * 10000;
	}
}

其中void OnMouseUp(){ prePos = Vector3.one * 10000; }是为了防止下次绘画时，跟上一帧点关联。

至此，基本的效果已经完成，大体已经可以满足刮彩票效果的需求。
但是需求是不断改变的，如果想要擦玻璃的效果，同一个地方擦多次才能擦得干净，这就需要下面的做法了。例如文章开头的效果。

2. 多次擦除

多次擦除首先想到叠加，但是渲染的r值只有1和0，这样如何做到叠加呢，这时候就需要另外两张RenderTexture来做混合：CurrentRT和PrevirousRT分别是当前帧渲染的RT和上一帧渲染的RT，求出茶之后，将差值和要渲染的RenderTexture进行混合，然后作为最终应用到物体上。
实现混合需要使用一个接口：Graphics.Blit();，具体使用方式可以看unity的api
混合的shader代码：

Shader "Learning/blit"
{
    
    
	Properties
	{
    
    
		_BrushStrength ("BrushStrength", int) = 1
	}
	SubShader
	{
    
    
		Cull Off ZWrite Off ZTest Always

		// 设置混合模式
		Blend One One

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

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

			struct v2f
			{
    
    
				float2 uv : TEXCOORD0;
				float4 vertex : SV_POSITION;
			};

			v2f vert (appdata v)
			{
    
    
				v2f o;
				o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.uv = v.uv;
				return o;
			}
			
			sampler2D _CurrentRT; // 当前帧rt
			sampler2D _PrevirousRT; // 上一帧rt
			int _BrushStrength; // 笔刷强度 （需要几次擦干净）

			fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
			{
    
    
				// 计算两帧的差值，输出的的值跟物体的rt进行混合
				fixed4 cur = tex2D(_CurrentRT, i.uv);
				fixed4 pre = tex2D(_PrevirousRT, i.uv);
				float r = step(0.5, cur.r - pre.r); // cg的内置setp函数 大于0.5为1，小于0.5为0
				return fixed4(r / _BrushStrength, 0, 0, 1);
			}
			ENDCG
		}
	}
}

C#代码

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class GuaCaiPiao : MonoBehaviour {
    
    

	public Camera rtCamera;
	RenderTexture renderTexture;
	public RenderTexture currentRT;
	public RenderTexture previrousRT;
	public Material blitMaterial;
	public Material renderMaterial;

	public LineRenderer lineBrush;

	[Range(1.0f, 5.0f)]
	public float brushWidth = 1.0f;

	void Start () {
    
    
		renderTexture = rtCamera.targetTexture;
		renderMaterial.SetTexture("BlitTex", renderTexture);
		renderMaterial.SetMatrix("paintCameraVP", rtCamera.nonJitteredProjectionMatrix * rtCamera.worldToCameraMatrix);
		blitMaterial.SetTexture("_CurrentRT", currentRT);
		blitMaterial.SetTexture("_PrevirousRT", previrousRT);
	}

	void OnMouseDown(){
    
    
		// 每次按钮要清空两张rt
		rtCamera.clearFlags = CameraClearFlags.Color;
		rtCamera.backgroundColor = Color.black;
		rtCamera.targetTexture = previrousRT;
		rtCamera.Render();
		rtCamera.targetTexture = currentRT;
		rtCamera.Render();
		rtCamera.clearFlags = CameraClearFlags.Nothing;
	}

	Vector3 prePos = Vector3.one * 10000;
	Vector3[] linePosArr = new Vector3[2];
	void OnMouseDrag(){
    
    
		Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
		RaycastHit hitInfo;
		if (Physics.Raycast(ray, out hitInfo)){
    
    
			if (prePos == Vector3.one * 10000) {
    
    
				prePos = hitInfo.point;
			}
			lineBrush.positionCount = 2;
			linePosArr[0] = prePos;
			linePosArr[1] = hitInfo.point;
			lineBrush.SetPositions(linePosArr);
			lineBrush.startWidth = brushWidth;
			lineBrush.endWidth = brushWidth;
			rtCamera.Render();
			// 将当前帧和上一帧差值混合到 renderTexture，具体混合的实现看shader
			// 混合的计算方式为 blitMaterial 上的 shader 中的计算
			Graphics.Blit(currentRT, renderTexture, blitMaterial);
			// 上一帧的rt替换为当前帧渲染的rt，为下一帧计算做准备
			Graphics.Blit(currentRT, previrousRT);
			prePos = hitInfo.point;
		}
	}

	void OnMouseUp(){
    
    
		prePos = Vector3.one * 10000;
	}

	void OnGUI(){
    
    
		if (GUI.Button(new Rect(0, 0, 80, 30), "RESET")){
    
    
			lineBrush.positionCount = 2;
			linePosArr[0] = Vector3.one * 10000;
			linePosArr[1] = Vector3.one * 10000;
			lineBrush.SetPositions(linePosArr);
			rtCamera.clearFlags = CameraClearFlags.Color;
			rtCamera.backgroundColor = Color.black;
			rtCamera.targetTexture = renderTexture;
			rtCamera.Render();
			rtCamera.targetTexture = previrousRT;
			rtCamera.Render();
			rtCamera.targetTexture = currentRT;
			rtCamera.Render();
			rtCamera.clearFlags = CameraClearFlags.Nothing;
		}
	}
}

实现效果及混合的演示：
在这里插入图片描述
左边黑色是为了观察混合后的RenderTexture的实时演示，右边为具体最终效果。具体需要擦除几次变干净调整blitMaterial的BrushStrength属性。

以上为本片博客整体内容，主要应用为 3D 物体，UI可以类比进行实现。
具体项目可以看我的 github工程
喜欢shader的朋友可以看我的GitHub中ShaderProject