ShaderでSpriteの色相をシフトする

はじめに

前回、Sprite、Texture の色相をシフトするで、SpriteからTexture2Dを取得して、SetPixelを使って色相をシフトすることをした。
今回はシェーダーを使って色相をシフトして、下図のように画像の色を変える。

色相をアニメーション

用意

Unity のダウンロードからビルトインシェーダーをダウンロードする。インストーラーじゃなくて、右端にあるビルトインシェーダ。この記事は現在最新の4.6.1をダウンロードして記述する。

解凍したら、DefaultResources　にある Sprites-Default.shaderを元に作成する。これはSpriteを生成するとデフォルトで使われるシェーダーだ。
適当に名前を Sprites-HSV-Default.shader などにしてUnityのProjectに突っ込んで開始。

シェーダー名の変更

Shader “Sprites/Default” の箇所を Shader “Sprites/HSV Default” に変更。これで、MaterialのShaderのドロップダウンから Sprites -> HSV Default を選択できるようになる。

Propertiesの追加

まずはインスペクター上から設定できる項目を増やす。色相(H)、彩度(S)、明度(V) の 3つを追加したいので、Propertiesを以下のように修正。

Properties
{
 [PerRendererData] _MainTex ("Sprite Texture", 2D) = "white" {}
 _Color ("Tint", Color) = (1,1,1,1)
 _Hue ("Hue", Float) = 0         //色相
 _Sat ("Saturation", Float) = 1  //彩度
 _Val ("Value", Float) = 1       //明度
 [MaterialToggle] PixelSnap ("Pixel snap", Float) = 0
}

このシェーダーをマテリアルに設定すると、下図のように Hue、Saturation、Value の値がインスペクターから設定できるようになる。

Hue、Saturation、Valueのインスペクタ

frag の修正

テクスチャーの各ピクセルの色に対して色相をシフトするので、fragの処理を修正する。
ここで、RGBからHSVに変換して計算するのだが、その処理は以下を参照した。

Problem with getting hue shift shader right.

追記、修正したコードは以下。

fixed3 shift_col(fixed3 RGB, half3 shift)
{
fixed3 RESULT = fixed3(RGB);
float VSU = shift.z*shift.y*cos(shift.x*3.14159265/180);
 float VSW = shift.z*shift.y*sin(shift.x*3.14159265/180);
   
 RESULT.x = (.299*shift.z+.701*VSU+.168*VSW)*RGB.x
     + (.587*shift.z-.587*VSU+.330*VSW)*RGB.y
     + (.114*shift.z-.114*VSU-.497*VSW)*RGB.z;
   
 RESULT.y = (.299*shift.z-.299*VSU-.328*VSW)*RGB.x
     + (.587*shift.z+.413*VSU+.035*VSW)*RGB.y
     + (.114*shift.z-.114*VSU+.292*VSW)*RGB.z;
   
 RESULT.z = (.299*shift.z-.3*VSU+1.25*VSW)*RGB.x
     + (.587*shift.z-.588*VSU-1.05*VSW)*RGB.y
     + (.114*shift.z+.886*VSU-.203*VSW)*RGB.z;
   
return (RESULT);
}

sampler2D _MainTex;
half _Hue, _Sat, _Val;

fixed4 frag(v2f IN) : SV_Target
{
 fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.texcoord) * IN.color;
 c.rgb *= c.a;

 half3 shift = half3(_Hue, _Sat, _Val);
   
 return fixed4( shift_col(c, shift), c.a);
}

Spriteに適用

あとは適当なマテリアルに作成したシェーダーをつけて、SpriteRendererに設定すれば良い（下図）。

スクリプトから色相をシフトして、アニメーションする処理はこうなる。

void Update () {
  angle += 60f * Time.deltaTime;
  renderer.material.SetFloat("_Hue", angle);
}

シェーダーの全ソース

Shader "Sprites/HSV Default"
{
 Properties
 {
   [PerRendererData] _MainTex ("Sprite Texture", 2D) = "white" {}
   _Color ("Tint", Color) = (1,1,1,1)
   _Hue ("Hue", Float) = 0
   _Sat ("Saturation", Float) = 1
   _Val ("Value", Float) = 1
   [MaterialToggle] PixelSnap ("Pixel snap", Float) = 0
 }

 SubShader
 {
   Tags
   {
     "Queue"="Transparent"
     "IgnoreProjector"="True"
     "RenderType"="Transparent"
     "PreviewType"="Plane"
     "CanUseSpriteAtlas"="True"
   }

   Cull Off
   Lighting Off
   ZWrite Off
   Fog { Mode Off }
   Blend One OneMinusSrcAlpha

   Pass
   {
   CGPROGRAM
     #pragma vertex vert
     #pragma fragment frag
     #pragma multi_compile DUMMY PIXELSNAP_ON
     #include "UnityCG.cginc"
     
     struct appdata_t
     {
       float4 vertex   : POSITION;
       float4 color    : COLOR;
       float2 texcoord : TEXCOORD0;
     };

     struct v2f
     {
       float4 vertex   : SV_POSITION;
       fixed4 color    : COLOR;
       half2 texcoord  : TEXCOORD0;
     };
     
     fixed4 _Color;

     v2f vert(appdata_t IN)
     {
       v2f OUT;
       OUT.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, IN.vertex);
       OUT.texcoord = IN.texcoord;
       OUT.color = IN.color * _Color;
       #ifdef PIXELSNAP_ON
       OUT.vertex = UnityPixelSnap (OUT.vertex);
       #endif

       return OUT;
     }


     fixed3 shift_col(fixed3 RGB, half3 shift)
     {
     fixed3 RESULT = fixed3(RGB);
     float VSU = shift.z*shift.y*cos(shift.x*3.14159265/180);
       float VSW = shift.z*shift.y*sin(shift.x*3.14159265/180);
         
       RESULT.x = (.299*shift.z+.701*VSU+.168*VSW)*RGB.x
           + (.587*shift.z-.587*VSU+.330*VSW)*RGB.y
           + (.114*shift.z-.114*VSU-.497*VSW)*RGB.z;
         
       RESULT.y = (.299*shift.z-.299*VSU-.328*VSW)*RGB.x
           + (.587*shift.z+.413*VSU+.035*VSW)*RGB.y
           + (.114*shift.z-.114*VSU+.292*VSW)*RGB.z;
         
       RESULT.z = (.299*shift.z-.3*VSU+1.25*VSW)*RGB.x
           + (.587*shift.z-.588*VSU-1.05*VSW)*RGB.y
           + (.114*shift.z+.886*VSU-.203*VSW)*RGB.z;
         
     return (RESULT);
     }

     sampler2D _MainTex;
     half _Hue, _Sat, _Val;

     fixed4 frag(v2f IN) : SV_Target
     {
       fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.texcoord) * IN.color;
       c.rgb *= c.a;

       half3 shift = half3(_Hue, _Sat, _Val);
         
       return fixed4( shift_col(c, shift), c.a);
     }
   ENDCG
   }
 }
}

確認バージョン

Unity 4.6