本系列主要参考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书（感谢原书作者），同时会加上一点个人理解或拓展。
这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源（当然你也可以从官网下载）。
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题外话
好久未更新，一些习惯还是应该要好好坚持啊。最近发现Android上一个很好的应用，希望每天可以坚持看一个视频，了解下最新的科技动态和演讲，也推荐给大家使用！
这次内容主要讲如何使用sprite sheets制作2D动画。在Unity中，实际上已经有很多插件可以完成这个工作，例如2dTookit，新版的Unity中支持2D应该也会提供类似的功能了。虽然如此，我还是希望通过这篇文章可以更深入地理解2D动画的原理。说到动画的原理，先要提到一个名词，sprite atlas，也可以称为image sequence，实际上就是一张大图中包含了很多张小图，如下：
当我们按照一定速率滚动这张图时，就会发现图片动起来了，这我们应该都有经验，以前看小人书快速翻动时就发现小人在动。这里实际上也是这个原理。
准备工作
- 准备一张sprite sheet，你可以自己画一张也可以从网上下载一张，或是直接使用本书资源。这张图不需要太复杂，只需要包含一组图片序列来供滚动浏览就行。下面是本书中的实例图片（5084_Code/Unity assets/5084_02_UnityAssets/Textures/Chapter02_SpriteSheet005.png）：
- 创建一个新的Shader和一个新的Material，名称分别为AnimateSprites；
- 新建一个场景，名为AnimateSprites_Scene，在场景中添加平行光，创建一个新的平面，并把上一步中的Material设为其材质，将第一步中的图片拖到Material的图片上。最后如下所示：
实现
- 打开Shader编辑器，向Properties 区域添加三个新的Properties：
Properties { _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {} // Create the properties below _TexWidth ("Sheet Width", float) = 0.0 _CellAmount ("Cell Amount", float) = 0.0 _Speed ("Speed", Range(0.01, 32)) = 12 }
- 在SubShader区域为每个新增的Properties增加对应的引用，以便在代码中使用它们的值：
CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert sampler2D _MainTex; //Create the connection to the properties inside of the //CG program float _TexWidth; float _CellAmount; float _Speed;
下面更改surf函数。 - 将_MainTex的UV坐标先存储到单独的变量中：
//Lets store our UVs in a seperate variable float2 spriteUV = IN.uv_MainTex;
之后，我们将使用该变量计算新的UV坐标。
- 下面，我们需要计算每个小图的宽度，最后计算得到每个小图宽度占整体的百分比。
原书中代码如下：
//Lets calculate the width of a singe cell in our //sprite sheet and get a uv percentage that each cel takes up. float cellPixelWidth = _TexWidth/_CellAmount; float cellUVPercentage = cellPixelWidth/_TexWidth;
但通过观察代码可以发现，缩短为一行即可：
//Lets calculate the width of a singe cell in our //sprite sheet and get a uv percentage that each cel takes up. float cellUVPercentage = 1.0/_CellAmount;
对于示例图片，其宽度为512，包含了9张小图，Inspector中配置如下：
- 下面，通过得到系统时间来计算需要在原图上的偏移量，来得到不同的小图：
//Lets get a stair step value out of time so we can increment //the uv offset float timeVal = fmod(_Time.y * _Speed, _CellAmount); timeVal = ceil(timeVal);
- 最后，计算在X方向上的最终偏移量。
原书中代码如下：
//Animate the uv's forward by the width precentage of //each cell float xValue = spriteUV.x; xValue += cellUVPercentage * timeVal * _CellAmount; xValue *= cellUVPercentage;
同样，观察cellUVPercentage的计算式，可以简化上述代码如下：
//Animate the uv's forward by the width precentage of //each cell float xValue = spriteUV.x; xValue += timeVal; xValue *= cellUVPercentage;
- 应用最终偏移量，显示到plane上：
spriteUV = float2(xValue, spriteUV.y); half4 c = tex2D (_MainTex, spriteUV); o.Albedo = c.rgb; o.Alpha = c.a;
最终Shader代码如下：
Shader "Custom/AnimateSprites" {
Properties {
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
// Create the properties below
_TexWidth ("Sheet Width", float) = 0.0
_CellAmount ("Cell Amount", float) = 0.0
_Speed ("Speed", Range(0.01, 32)) = 12
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert
sampler2D _MainTex;
//Create the connection to the properties inside of the
//CG program
float _TexWidth;
float _CellAmount;
float _Speed;
struct Input {
float2 uv_MainTex;
};
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
//Lets store our UVs in a seperate variable
float2 spriteUV = IN.uv_MainTex;
//Lets calculate the width of a singe cell in our
//sprite sheet and get a uv percentage that each cel takes up.
float cellUVPercentage = 1.0/_CellAmount;
//Lets get a stair step value out of time so we can increment
//the uv offset
float timeVal = fmod(_Time.y * _Speed, _CellAmount);
timeVal = ceil(timeVal);
//Animate the uv's forward by the width precentage of
//each cell
float xValue = spriteUV.x;
xValue += timeVal;
xValue *= cellUVPercentage;
spriteUV = float2(xValue, spriteUV.y);
half4 c = tex2D (_MainTex, spriteUV);
o.Albedo = c.rgb;
o.Alpha = c.a;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}
保存后，点击运行即可看到动画效果。
解释
为了每刻只显示一张小图，我们需要将sprite atlas进行放缩，这就需要计算放缩比例cellUVPercentage。
float cellUVPercentage = 1.0/_CellAmount;
事例中_CellAmount为9，则cellUVPercentage为0.11。
下面根据时间计算偏移量，这些偏移量随时间增大而且为整数，直到增大为小图的数目大小。
float timeVal = fmod(_Time.y * _Speed, _CellAmount); timeVal = ceil(timeVal);
这需要使用CGFX的内置函数fmod。
如上所示，fmod函数将返回x除以y的余数。示例中，fmod函数将循环返回范围为0至9之间的小数。为了得到整数，再使用ceil函数向上取整。
下面这部分代码最难理解：
float xValue = spriteUV.x; xValue += timeVal; xValue *= cellUVPercentage;第一行首先声明一个新的变量xValue，用于存储用于图片采样的x坐标。它首先被初始为surf函数的输入参数In的横坐标。类型为Input的输入参数In代表输入的texture的UV坐标，范围为0到1。第二行向原值加上小图的整数偏移量，最后为了只显示一张小图，我们还需将x值乘以小图所占百分比cellUVPercentage。
为了理解，我们举例来说。假设此时timeVal值为0，即显示第一张小图，则此时xValue的范围将会是 (0 + 0) * 0.11 = 0至(1 + 0) * 0.11 = 0.11，即第一张小图对应的贴图范围。时间推进，当timeVal值增大为1，即需要显示第二张小图时，xValue值范围将是 (0
+ 1) * 0.11 = 0.11至(1 + 1) * 0.11 = 0.22，即第二张小图对应的贴图范围。这样就按照顺序显示小图，从而让整个画面动起来了。
扩展
在上例中，我们只需要偏移x值即可。但有时，x和y方向都需要进行偏移来移动小图。如下图：
这时你只需要像移动x方向那样移动y即可。虽然这样可以达到动画要求，但是这张在Shader端开发的方法会添加过多的Shader指令，从而造成程序性能下降。
为了改善这一情况，我们可以将帧偏移选择的代码转移到C#脚本中，从而让CPU来分担GPU的部分负担。这种同时使用CPU和GPU，让其配合相互工作的方法在优化性能方面非常有用。按照这种想法我们改写上述Shader代码，并创建一个新的C#代码，SpriteAnimator.cs，并将其拖拽到plane上面。
更改后的Shader代码如下：
Shader "Custom/AnimateSprites" {
Properties {
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
// Create the properties below
_CellAmount ("Cell Amount", float) = 0.0
_TimeValue ("Time Value", float) = 0.0
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert
sampler2D _MainTex;
//Create the connection to the properties inside of the
//CG program
float _CellAmount;
float _TimeValue;
struct Input {
float2 uv_MainTex;
};
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
//Lets store our UVs in a seperate variable
float2 spriteUV = IN.uv_MainTex;
//Lets calculate the width of a singe cell in our
//sprite sheet and get a uv percentage that each cel takes up.
float cellUVPercentage = 1.0/_CellAmount;
//Animate the uv's forward by the width precentage of
//each cell
float xValue = spriteUV.x;
xValue += _TimeValue;
xValue *= cellUVPercentage;
spriteUV = float2(xValue, spriteUV.y);
half4 c = tex2D (_MainTex, spriteUV);
o.Albedo = c.rgb;
o.Alpha = c.a;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}C#代码如下：
using UnityEngine;
using System.Collections;
public class SpriteAnimator : MonoBehaviour
{
public float speed = 5.0f;
public int cellAmount = 0;
float timeValue = 0.0f;
void Start ()
{
transform.renderer.material.SetFloat("_CellAmount", cellAmount);
}
// Update is called once per frame
void FixedUpdate ()
{
timeValue = Mathf.Ceil(Time.time * speed % 9);
transform.renderer.material.SetFloat("_TimeValue", timeValue);
}
}在Inspector界面上，我们只需要调整C#代码的两个变量即可，而不需要更改Material的变量。这样，我们将计算整数偏移量的工作转移到了C#代码中。
当然，如果你不想自己实现一个功能完全的2D动画系统，你可以到Asset Store上下载一些插件，这些插件可以帮你完成大部分工作。这些插件有：
如果你需要寻找一些应用来制作sprites，可以使用下列应用：
这刀刀都在肉上，当然我相信大家总会有办法的。