Unity中Shader面片一直面向摄像机（实现思路）

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前言

在之前的文章中，我们实现了Shader的序列帧动画。

• Unity中Shader序列帧动画（总结篇）

但是，我们会发现，我们的面片不会一直面向摄像机，当摄像机移动时，人物或特效就会出现穿帮的效果。所以，我们接下来就来实现让我们的面片面向摄像机。

类似的功能，还可能用于：特效、公告牌、八方旅人风格效果、饥荒风格效果。

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一、实现思路

1、 我们要实现模型面片一直跟着摄像机旋转，那么就需要用到旋转矩阵

• Unity中Shader旋转矩阵（二维旋转矩阵）
• Unity中Shader旋转矩阵（四维旋转矩阵）

2、确定 原坐标系 和 目标坐标系

• 原坐标系 就是模型的本地坐标
  
• 目标坐标系
  因为我们的面片需要一直朝向摄像机。
  所以，可以确定旋转后的坐标系Z轴方向 需要 和 原模型本地空间坐标系原点 指向 摄像机 方向一致。
  

3、确定旋转后坐标系基向量

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二、确定旋转后 坐标系基向量 在 原坐标系 下的值

1、Z轴基向量

• 求 摄像机坐标 在模型本地空间下的坐标值，在 归一化后 就是 Z轴基向量

float3 viewDir = normalize(mul(GetWorldToObjectMatrix(),_WorldSpaceCameraPos));

2、假设Y轴基向量 和 世界空间下 的Y轴方向一致竖直向上

float3 upDir = float3(0,1,0);

3、X轴基向量

• X轴基向量 = Z轴基向量 × Y轴基向量

• 叉积 的顺序取决于 坐标系类型 （逆时针叉积）

• 模型本地空间坐标系为左手坐标系
  

• 左手坐标系中，X轴 = 食指 × 拇指 = Z × Y

float3 rightDir = cross(viewDir,upDir);

4、Y轴基向量

• Y轴基向量 = X轴基向量 × Z轴基向量
• 叉积 的顺序取决于 坐标系类型 （逆时针叉积）
• 模型本地空间坐标系为左手坐标系
• 左手坐标系中，Y轴 = 中指 × 食指 = X × Z

upDir = cross(rightDir,viewDir);

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三、最终整合

• 在顶点着色器中，该操作需要在转化到齐次裁剪空间前完成。

//Z轴基向量
float3 viewDir = normalize(mul(GetWorldToObjectMatrix(),_WorldSpaceCameraPos));
//假设Y轴基向量
float3 upDir = float3(0,1,0);
//X轴基向量(左手坐标系、逆时针叉乘)
float3 rightDir = cross(viewDir,upDir);
//Y轴基向量(左手坐标系、逆时针叉乘)
upDir = cross(rightDir,viewDir);