C#脚本和Shader中共享同步变量

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C#脚本和Shader中共享同步变量

2025-03-10

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这个博客的起源是我在参考其他人的思路的时候，日出日落的天空盒变化需要通过参考灯光向量的y轴进行lerp操作。但是Unity6中似乎无法复现，在日出日落（0.25时间，0.75时间）会出现明显的跳变现象。经过反复折磨调试发现似乎是Unity采用了投机取巧的方式。

由于我的灯光向量（Rotation）从-90开始计数，根据时间的变化逐渐加满，结果灯光向量在加到360的时候居然会直接归0？方向确实也没有什么变化，灯光的方向也是对的，但是会导致天空盒出现十分明显的跳变（跳个几帧又恢复为原来的情况）。故想到了使用时间控制系统中的Time来控制天空盒的Lerp。我现在使用的方式是 Shader.SetGlobal的方法进行变量共享。大致原理是：

C# 脚本侧
使用 Unity 提供的 API，例如 Shader.SetGlobalFloat、Shader.SetGlobalVector 等，将值传递给 Shader
Shader 侧
在 Shader 中定义与 C# 脚本中对应的全局变量（如 _TimeOfDay），然后通过变量的值来动态控制材质的外观或渲染效果
共享机制
通过全局变量的方式，Shader 的多个实例（材质）可以共享同一个变量值，避免逐一设置变量值的繁琐

C#脚本侧#

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public class DayNightCycle : MonoBehaviour
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{
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    [Header("Time Settings")]
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    public float dayDuration = 120f;
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    public float maxSunIntensity = 1f;
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    public float minSunIntensity = 0f;
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    [Header("Light Settings")]
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    public Light sunLight;
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    public Gradient lightColor;
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    [Range(0, 1)]
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    public float timeOfDay = 0f; // 首先在class中声明一个timeOfDay
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    private float timeSpeed;
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    [Header("Bloom Settings")]
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    public Volume postProcessingVolume;
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    private Bloom bloom;
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    public float maxBloomIntensity = 10f;
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    public float minBloomIntensity = 0f;
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}

我们先进行声明，然后进入Start中将这个变量共享：

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void Start()
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    {
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        // 在这里设置全局 Shader 属性
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        Shader.SetGlobalFloat("_TimeOfDay", timeOfDay);
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        timeSpeed = 1f / dayDuration;
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        //Debug
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        if (postProcessingVolume != null)
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        {
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            if (!postProcessingVolume.profile.TryGet(out bloom))
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            {
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                Debug.LogError("无法获取Bloom组件！请确保Volume中添加了Bloom效果。");
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            }
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        }
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        else
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        {
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            Debug.LogError("未指定Post Processing Volume！");
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        }
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    }

由于时间是变化的，因此要在Update中持续进行同步：

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void Update()
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    {
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        // 广播时间属性，让天空盒可以根据时间变化。前面是Shader中的变量名，后面是C#的变量名
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        Shader.SetGlobalFloat("_TimeOfDay", timeOfDay);
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        timeOfDay += timeSpeed * Time.deltaTime;
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        if (timeOfDay > 1f)
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        {
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            timeOfDay = 0f;
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        }
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        UpdateSunRotation();
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        UpdateSunColor();
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        UpdateSunIntensity();
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        UpdateBloomIntensity();
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        //Debug
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         if (bloom != null)
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         {
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             Debug.Log($"Bloom intensity: {bloom.intensity.value}, Time: {timeOfDay}");
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         }
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         else
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         {
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             Debug.LogWarning("Bloom is null!");
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         }
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    }

Shader侧#

在struct完appdata和v2f之后的变量声明中进行：

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float _Test, addSunandMoon, _addHorizon, _addGradient, _addCloud, _addStar, _MirrorMode;
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float _SunRadius, _MoonRadius, _MoonOffset, _MoonTexScale, _MoonTexBrightness, _MoonRotation;
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float _TimeOfDay;//在这里进行声明，注意要符合类型
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float _MaxCloudHeight;
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float4 _DayTopColor, _DayBottomColor, _NightBottomColor, _NightTopColor, _StarsSkyColor;
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float4 _HorizonLightNight, _HorizonLightDay, _HorizonColorDay, _HorizonColorNight, _SunSet, _SunColor, _MoonColor;
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float4 _CloudColorDayMain, _CloudColorDaySec, _CloudColorNightMain, _CloudColorNightSec;
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float _HorizonBrightness, _MidLightIntensity, _CloudBrightnessDay, _CloudBrightnessNight, _Fuzziness, _FuzzinessSec, _DistortionSpeed, _CloudNoiseSpeed, _CloudNoiseScale, _DistortScale, _StarsCutoff, _StarsSpeed, _CloudCutoff, _CloudSpeed, _HorizonHeight, _HorizonIntensity, _CloudScale, _StarScale;
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sampler2D _Stars, _CloudNoise, _Cloud, _DistortTex, _MoonTex;

然后再fragment部分就可以计算了：

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//...other code
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float dayNightTransition;
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if (_TimeOfDay < 0.25f || _TimeOfDay > 0.75f)
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{
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    // 夜晚时段
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    dayNightTransition = 0;
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}
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else
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{
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    // 白天时段
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    dayNightTransition = 1;
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}
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// 在日出日落时添加平滑过渡
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if (_TimeOfDay >= 0.2f && _TimeOfDay <= 0.3f)
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{
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    // 日出过渡
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    dayNightTransition = smoothstep(0.2f, 0.3f, _TimeOfDay);
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}
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else if (_TimeOfDay >= 0.7f && _TimeOfDay <= 0.8f)
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{
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    // 日落过渡
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    dayNightTransition = smoothstep(0.8f, 0.7f, _TimeOfDay);
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}
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float3 skyGradients = lerp(gradientNight, gradientDay, dayNightTransition);
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//...other code