Willkommen, Mitentwickler! Haben Sie jemals eine üppige 2D-Pixel-Art-Landschaft bewundert und sich gewünscht, sie wäre etwas…lebendiger? Der Wind, der sanft durch das Gras weht, Blätter, die anmutig von den Bäumen fallen, oder sogar die sanfte Bewegung der Kleidung Ihrer Charaktere – all dies trägt dazu bei, eine fesselndere und immersivere Welt zu erschaffen. In diesem ausführlichen Tutorial werden wir gemeinsam erkunden, wie Sie einen dynamischen Unity 2D-Pixel-Art-Wind-Shader erstellen, der Ihrer Spielgrafik Leben einhaucht.
Warum Wind-Shader für Pixel-Art verwenden?
Pixel-Art hat einen ganz besonderen Charme. Seine Einfachheit und Nostalgie sind ein großer Teil seines Reizes. Allerdings kann diese Einfachheit auch dazu führen, dass Umgebungen statisch und leblos wirken. Ein Wind-Shader kann hier Abhilfe schaffen. Durch die subtile Animation von Elementen wie Blättern, Gras oder sogar Kleidung können Sie:
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Die Immersion verbessern: Eine Welt, die sich natürlich anfühlt, ist fesselnder.
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Die Detailgenauigkeit erhöhen: Selbst subtile Bewegungen können die Wahrnehmung der Komplexität steigern.
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Visuelles Interesse erzeugen: Bewegung zieht das Auge an und verhindert, dass die Szene langweilig wird.
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Eine bestimmte Stimmung vermitteln: Ein sanfter Wind kann Ruhe vermitteln, während ein starker Wind Dramatik erzeugen kann.
Grundlagen von Unity Shadern
Bevor wir uns mit dem Code beschäftigen, sollten wir kurz die Grundlagen von Unity Shadern auffrischen. Shader sind Programme, die auf der Grafikkarte laufen und definieren, wie ein Objekt auf dem Bildschirm gerendert wird. In Unity werden Shader üblicherweise in der ShaderLab-Sprache geschrieben, die eine deklarative Struktur hat, die auf Vertex- und Fragment-Shadern basiert.
- Vertex-Shader: Verantwortlich für die Manipulation der Eckpunkte eines Meshs. Hier werden wir das Windmuster auf unsere Pixel-Art-Sprites anwenden.
- Fragment-Shader: Auch bekannt als Pixel-Shader, bestimmt die Farbe jedes Pixels auf dem Bildschirm. Hier verarbeiten wir die Textur des Sprites und wenden alle zusätzlichen visuellen Effekte an.
Für unsere Zwecke konzentrieren wir uns auf Surface-Shader, eine höhere Abstraktionsebene, die die Shader-Erstellung vereinfacht. Surface-Shader generieren Vertex- und Fragment-Shader automatisch basierend auf den Anweisungen, die Sie ihnen geben.
Erstellen eines neuen Surface Shaders
Beginnen wir mit der Erstellung eines neuen Surface Shaders in Ihrem Unity-Projekt:
- Klicken Sie im Projektfenster mit der rechten Maustaste und wählen Sie „Erstellen” -> „Shader” -> „Standard Surface Shader”.
- Nennen Sie den Shader „PixelArtWindShader”.
- Doppelklicken Sie auf die Shader-Datei, um sie in Ihrem bevorzugten Code-Editor zu öffnen.
Sie sehen einen standardmäßigen Surface Shader. Lassen Sie uns den Inhalt durch den folgenden Code ersetzen:
„`shader
Shader „Unlit/PixelArtWindShader”
{
Properties
{
_MainTex („Texture”, 2D) = „white” {}
_WindSpeed („Wind Speed”, Range(0,10)) = 1
_WindStrength („Wind Strength”, Range(0,0.1)) = 0.01
_PixelSize („Pixel Size”, Float) = 1.0
}
SubShader
{
Tags { „RenderType”=”Opaque” „RenderPipeline”=”UniversalRenderPipeline” }
LOD 100
Pass
{
HLSLPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include „Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl”
struct Attributes
{
float4 positionOS : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct Varyings
{
float4 positionCS : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
float _WindSpeed;
float _WindStrength;
float _PixelSize;
Varyings vert (Attributes input)
{
Varyings output;
// Wind Offset Calculation
float timeOffset = _Time.y * _WindSpeed;
float xOffset = sin(input.positionOS.y * _PixelSize + timeOffset) * _WindStrength;
// Apply the offset to the vertex position
input.positionOS.x += xOffset;
output.positionCS = TransformObjectToHClip(input.positionOS.xyz);
output.uv = TRANSFORM_TEX(input.uv, _MainTex);
return output;
}
half4 frag (Varyings input) : SV_Target
{
half4 color = tex2D(_MainTex, input.uv);
return color;
}
ENDHLSL
}
}
}
„`
Den Shader aufschlüsseln
Gehen wir Zeile für Zeile durch den Code, um zu verstehen, was passiert:
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Shader "Unlit/PixelArtWindShader": Definiert den Namen des Shaders, der im Unity-Editor verwendet wird.
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Properties: Dieser Block definiert Variablen, die im Materialinspektor geändert werden können. Hier haben wir:
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_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}: Die Haupttextur des Sprites.
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_WindSpeed ("Wind Speed", Range(0,10)) = 1: Die Geschwindigkeit des Windes (ein Wert zwischen 0 und 10).
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_WindStrength ("Wind Strength", Range(0,0.1)) = 0.01: Wie stark der Wind das Sprite beeinflusst (ein Wert zwischen 0 und 0,1).
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_PixelSize ("Pixel Size", Float) = 1.0: Dieser Parameter steuert die Detaillierung der Windwelle. Ein kleinerer Wert führt zu einem detaillierteren, wellenförmigeren Effekt, während ein größerer Wert zu einer weicheren, allgemeineren Bewegung führt. Dies ist besonders wichtig für Pixel-Art, wo die wahrgenommene „Auflösung” der Windbewegung mit der Auflösung der Pixel-Art-Assets selbst harmonieren sollte.
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SubShader: Enthält die eigentliche Shader-Logik. Die Tags innerhalb des SubShaders sind wichtig für das Rendern und die Kompatibilität mit den Rendering-Pipelines von Unity. "RenderType"="Opaque" gibt an, dass der Shader für Objekte gedacht ist, die vollständig undurchsichtig sind. "RenderPipeline"="UniversalRenderPipeline" stellt sicher, dass der Shader korrekt in der Universal Render Pipeline (URP) funktioniert, die in modernen Unity-Projekten üblich ist.
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Pass: Definiert einen einzelnen Rendering-Durchgang. Ein Shader kann mehrere Durchgänge haben, aber für unseren einfachen Wind-Shader ist ein Durchgang ausreichend.
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HLSLPROGRAM und ENDHLSL: Begrenzen den HLSL-Code (High-Level Shading Language). Dies ist die Sprache, die wir zum Schreiben der Shader-Logik verwenden.
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#pragma vertex vert und #pragma fragment frag: Weisen den Shader an, die Funktionen vert als Vertex-Shader und frag als Fragment-Shader zu verwenden.
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#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl": Bezieht die Core.hlsl-Datei, die eine Reihe nützlicher Funktionen und Definitionen für das Schreiben von Shadern in URP enthält.
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struct Attributes: Definiert die Daten, die vom Mesh an den Vertex-Shader übergeben werden. Sie enthält die Position und die UV-Koordinaten jedes Eckpunkts.
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struct Varyings: Definiert die Daten, die vom Vertex-Shader an den Fragment-Shader übergeben werden. Sie enthält die transformierte Position und die UV-Koordinaten.
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sampler2D _MainTex;: Eine Variable, die die Haupttextur des Sprites darstellt.
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float4 _MainTex_ST;: Eine Variable, die die Skalierungs- und Translationsinformationen der Textur enthält. Dies wird durch die TRANSFORM_TEX-Funktion verwendet.
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_Time.y: Die über Unity bereitgestellte globale Zeitvariable. Wir verwenden die y-Komponente (vergangene Zeit seit dem Start des Spiels), um die Windbewegung zu animieren.
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Die `vert`-Funktion (Vertex-Shader):
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float timeOffset = _Time.y * _WindSpeed;: Berechnet einen Zeitversatz basierend auf der Spielzeit und der Windgeschwindigkeit.
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float xOffset = sin(input.positionOS.y * _PixelSize + timeOffset) * _WindStrength;: Berechnet den horizontalen Versatz für jeden Eckpunkt basierend auf seiner vertikalen Position, der Spielzeit, der Windgeschwindigkeit und der Windstärke. Die Sinusfunktion erzeugt eine wellenartige Bewegung, die wir für den Windeffekt verwenden.
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input.positionOS.x += xOffset;: Addiert den berechneten Versatz zur horizontalen Position des Eckpunkts.
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output.positionCS = TransformObjectToHClip(input.positionOS.xyz);: Transformiert die Objektraumposition des Eckpunkts in Clip-Space (was für die Projektion auf den Bildschirm erforderlich ist).
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output.uv = TRANSFORM_TEX(input.uv, _MainTex);: Transformiert die UV-Koordinaten basierend auf den Skalierungs- und Translationsinformationen der Textur.
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Die `frag`-Funktion (Fragment-Shader):
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half4 color = tex2D(_MainTex, input.uv);: Tastet die Farbe von der Haupttextur basierend auf den interpolierten UV-Koordinaten ab.
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return color;: Gibt die Farbe des Pixels zurück.
Den Shader anwenden
Nachdem wir nun unseren Shader erstellt haben, ist es an der Zeit, ihn auf ein Sprite in Ihrer Szene anzuwenden:
- Erstellen Sie ein neues Material im Projektfenster (Rechtsklick -> Erstellen -> Material).
- Wählen Sie das neu erstellte Material aus und ändern Sie im Inspektor den Shader von „Standard” in „Unlit/PixelArtWindShader”.
- Weisen Sie dem Material Ihr Pixel-Art-Sprite als Textur zu.
- Weisen Sie das Material dem SpriteRenderer Ihres Spielobjekts zu.
Spielen Sie nun die Szene ab. Sie sollten sehen, wie sich Ihr Sprite sanft im Wind wiegt. Experimentieren Sie mit den Parametern _WindSpeed, _WindStrength und _PixelSize im Materialinspektor, um den Effekt an Ihre Bedürfnisse anzupassen.
Optimierung für Pixel-Art
Pixel-Art ist empfindlich gegenüber Verzerrungen. Hier sind einige Tipps, um den Wind-Shader für Pixel-Art zu optimieren:
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Niedrige Windstärke: Verwenden Sie niedrige _WindStrength-Werte, um subtile Bewegungen zu erhalten. Zu viel Bewegung kann die Pixel-Art verzerren.
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Anpassen der Pixelgröße: Die _PixelSize-Variable kann dazu beitragen, die Geschmeidigkeit der Wellen anzupassen. Je größer der Wert, desto weicher ist die Welle. Spielen Sie herum, um den Wert zu finden, der am besten zu Ihrer Pixel-Art passt.
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Bewegung begrenzen: Für einige Pixel-Art-Assets möchten Sie möglicherweise nur bestimmte Bereiche bewegen. Sie können ein Graustufenbild als Maske verwenden und es in den Shader einbinden, um die Windbewegung nur auf weiße Bereiche der Maske anzuwenden. Dies kann erreicht werden, indem eine weitere Texturvariable hinzugefügt und die `xOffset`-Berechnung im Vertex-Shader so angepasst wird, dass sie diese Maske berücksichtigt.
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Performance: Obwohl dieser Shader relativ einfach ist, sollten Sie seine Performance auf Low-End-Geräten im Auge behalten. Für komplexere Szenen sollten Sie die Anzahl der Objekte begrenzen, auf die der Shader angewendet wird, oder die Komplexität des Shaders reduzieren.
Erweiterungen und Verbesserungen
Dies ist nur ein einfacher Wind-Shader. Hier sind einige Ideen, wie Sie ihn erweitern können:
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Windrichtung: Fügen Sie eine Variable für die Windrichtung hinzu. Verwenden Sie dazu Vektorarithmetik, um die Bewegung in eine bestimmte Richtung zu verschieben.
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Windzonen: Erstellen Sie Windzonen, in denen der Wind stärker oder schwächer ist. Verwenden Sie dazu Skripte, um die Windparameter des Materials basierend auf der Position des Objekts in der Welt zu ändern.
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Zufällige Windstöße: Fügen Sie zufällige Windstöße hinzu, um die Bewegung unvorhersehbarer und natürlicher zu gestalten.
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Interaktion: Lassen Sie den Spieler mit dem Wind interagieren, z. B. durch das Anzünden einer Fackel, die den Wind beeinflusst.
Fazit
Indem Sie einen dynamischen Unity 2D-Pixel-Art-Wind-Shader erstellen, können Sie Ihrer Spielwelt Leben einhauchen und Ihren Spielern ein ansprechenderes und immersiveres Erlebnis bieten. Mit den hier vorgestellten Grundlagen und ein wenig Experimentierfreude können Sie atemberaubende Windeffekte erzielen, die Ihre Pixel-Art-Grafiken auf ein neues Niveau heben. Viel Spaß beim Shadern!