前言
上一篇:Unity Shader 学习(一):初识ShaderLab – 以“Unlit Shader”模板为例 01
在Unlit Shader模板中引用了UnityCG.cginc
中的很多宏和函数方法,这篇继续学习模板中的几个函数以及UnityCG.cginc
中一些可能会用到的结构;最后再了解一些自己写Shader时大概率会用到的Cg/HLSL函数方法。
一、Unlit Shader 模板中的函数
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
// UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// sample the texture
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// apply fog
// UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col);
return col;
}
有两个方法:UnityObjectToClipPos
、tex2D
;一个宏:TRANSFORM_TEX
。
1. UnityObjectToClipPos
这个方法的定义在UnityShaderUtilities.cginc
中:
注释:(inline
、in
这些关键字,是Cg的语法,参考:Cg_language)
// Tranforms position from object to homogenous space
方法的含义是:把顶点坐标从对象空间转换到齐次裁剪空间,是一个坐标变换方法;这正是渲染流程中顶点着色器阶段的主要工作之一。
2. TRANSFORM_TEX
这个宏的定义在UnityCG.cginc
中:
模板中的顶点着色器函数等价于:
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
v2f vert (appdata v)
{
...
o.uv = v.uv.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
...
}
这下知道了为什么模板中要定义一个看起来没有被调用过的变量_MainTex_ST
,其实是藏在宏里了。
_MainTex_ST
的含义,就是纹理的一个额外属性:缩放和偏移值。
注释:
// Transforms 2D UV by scale/bias property
方法的含义是:顶点uv和Tiling、Offset两个属性值进行运算,计算出实际显示时的顶点uv。
在Material上能看到:
-
Tiling:对应scale property,表示纹理放置比例,
X
和Y
通过_MainTex_ST.xy
读取; -
Offset:对应bias property,表示纹理位置偏移量,
X
和Y
通过_MainTex_ST.zw
读取。
更好的理解,可参考:Unity中Material的“Tiling" 和 "Offset"参数介绍
3. tex2D
这个方法是Cg/HLSL语言内置的。
官方文档:
- tex2D - Nvidia
- tex2D (HLSL 参考)
方法的含义是:查找并返回在采样纹理(_MainTex)的(i.uv)坐标处的颜色值;即纹理采样。
sampler2D _MainTex;
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// sample the texture
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
...
}
更好的理解,可参考:
- 【unity Shader 学习笔记】3-3纹理采样(了解 Wrap Mode)
- UnityShader关键字:tex2D(sampler2D,float2) 和 _MainTex_ST(了解 Filter Mode)
拓展:使用采样器状态 - Unity Manual
以上,是 Unlit Shader 模板中使用到的方法,也是在顶点着色器和片元着色器阶段非常核心的方法。
二、CGInclude中的数据结构
这里暂时只了解一些输入输出结构,更多请参考:
- (二)unity自带的着色器源码剖析之—UnityCG.cginc文件(上篇)
- (三)unity自带的着色器源码剖析之—UnityCG.cginc文件(下篇)
1. 顶点着色器输入结构
顶点着色器输入结构appdata
,是模板中自定义的,里面只有两个属性:
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
// UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
return o;
}
实际上,顶点着色器输入的顶点数据远不止这些,只不过是有些输入的属性暂时用不到,被无视了;在UnityCG.cginc
中,还提供了其它几种输入结构,这里只列出最全的那个:
struct appdata_full
{
float4 vertex : POSITION; // 顶点坐标
float4 tangent : TANGENT; // 切线向量
float3 normal : NORMAL; // 法线向量
float4 texcoord : TEXCOORD0; // 第一套纹理坐标
float4 texcoord1 : TEXCOORD1; // 第二套纹理坐标
float4 texcoord2 : TEXCOORD2; // 第三套纹理坐标
float4 texcoord3 : TEXCOORD3; // 第四套纹理坐标
fixed4 color : COLOR; // 顶点颜色
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID // 即:uint instanceID : SV_InstanceID;
};
可以看到appdata_img
类似于模板自定义的appdata
,只不过多了一个UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
:
把上面模板的顶点着色器函数改写成:
v2f vert (appdata_img v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
// UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
return o;
}
至于这个UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
到底是什么,再深入学习就是另外一个话题了,仅做拓展了解:
- GPU 实例化
- SV_InstanceID
2. 片元着色器输入结构
与上面顶点着色器输入同理,模板自定义了v2f
结构:
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
// UNITY_FOG_COORDS(1)
float4 vertex : SV_POSITION;
};
v2f vert (appdata v) // 顶点着色器
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
// UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target // 片元着色器
{
// sample the texture
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// apply fog
// UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col);
return col;
}
同样,片元着色器输入的数据也不是只有两个,比如UnityCG.cginc
中的v2f_vertex_lit
,就定义了两个颜色值表示顶点漫反射颜色(diff)和镜面反射颜色(spec);
顶点着色器函数输入变量appdata v
的赋值过程是不可见的,只能直接调用;与之不同的是,输出变量v2f o
的赋值过程是开发者自己写的:
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
因此,顶点着色器输出/片元着色器输入的结构v2f
定义自由度比较高,没有什么统一的模板结构;结构中属性的数量、每个属性的含义可由开发者灵活定义,想输出什么,就定义什么,当然,想输出的值由自己在顶点着色器函数中计算求得。
这可能是Unity内置CGInclude文件中顶点着色器输出/片元着色器输入结构不多的原因:通用性不强;即使是已有的两个结构:v2f_vertex_lit
、v2f_img
也是Unity为了实现某些方法自己定义的:
如果一定要将自己定义的v2f
改为v2f_img
,除了不再支持原来的雾效相关代码之外,没什么区别,因为赋值都是一样的:
v2f_img vert (appdata v)
{
v2f_img o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
return o;
}
fixed4 frag (v2f_img i) : SV_Target
{
// sample the texture
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// v2f_img中没有UNITY_FOG_COORDS(1),i.fogCoord也就不存在了
return col;
}
如果不是要用到某些CGInclude文件中特定的方法,函数的输入输出结构自己定义或者不定义结构直接写多参数函数(参考:自定义着色器基础 - Unity Manual)就可以。
三、Cg/HLSL中用到的函数方法
1. 构造函数(向量类型)
在学习各种内置函数之前,先学会最基础、最常用的函数:向量类型的构造函数。
根据Cg的语法,构造一个向量有两种方式:
-
对每个分量逐一赋值构造:
float2 v2 = float2(0, 1); half3 v3 = half3(-1, 1.1, 0); fixed4 v4 = fixed4(1, 0, -1.0, 0);
注意:每个分量都要给一个确定的值,与C#不同,内部的构造函数不会自动补零;
在C#中也许可以这样写:
Vector4 vector = new Vector4(1, 1); // 构造函数内部默认把z、w分量设置为0了
但是在Cg/HLSL中,这样写会编译错误的:
fixed4 v4 = fixed4(1, 1); // 错误写法,编译不通过
-
基于其它向量构造:(最常用)
float2 v2 = float2(0, 1); float3 v3 = float3(v2,1); // float3 v3 = float3(1,v2); float4 v4 = float4(v3,1); // float4 v4 = float4(1,v3); // float4 v4 = float4(v2,v2); // float4 v4 = float4(1,v2,1);
低维向量按任意顺序组合成高维向量,只需要保证:3=1+2,4=1+3、2+2或1+1+2;
即使精度不同也可以构造,而且低精度可以构造高精度,高精度也可以构造低精度,以上面为例:
fixed4 v4 = fixed4(1, 0, -1, 0); half3 v3 = half3(v4.xy, 1); float2 v2 = float2(v3.z, v4.w);
float2 v2 = float2(0, 1); half3 v3 = half3(v2, 1); fixed4 v4 = fixed4(1, v3);
当然,同一维度不同精度类型向量之间也可以互相转换:
float2 v2 = fixed2(1, 1); half3 v3 = float3(v2, 0); float4 v4 = half4(v3, 0);
这里有一点要说明的是,不同维度向量类型之间的转换(同样不用担心精度问题):
-
高维向量转换为低维向量,显式或隐式转换:
fixed4 v4 = fixed4(1, 0, 1, 0); half3 v3 = v4; // v4.xyz // 这样写也可以:half3 v3 = (half3)v4 float2 v2 = v4; // v4.xy // 这样写也可以:float2 v2 = (float2)v4
-
低维向量转换为高维向量,构造:
下面写法是错误的:
float2 v2 = float2(1, 1); float3 v3 = v2; // 错误写法,编译不通过
如果用显式转换呢?
float2 v2 = float2(1, 1); float3 v3 = (float3)v2; // 错误写法,编译不通过
注意:在Cg/HLSL中,显式转换写法也会有同样的编译错误!
Cg官方手册有说明:
所以,低维向量转换为高维向量需要重新构造:float2 v2 = float2(1, 1); half3 v3 = half3(v2, 0); fixed4 v4 = fixed4(v3, 0);
可以看出,Cg/HLSL对向量不同精度之间转换的限制是比较宽松的。
这里还有一点要说明的是,在Cg语法中,可以从一个向量中取出任意几个分量(可以重复取)按任意顺序组合形成新的向量(最多不超过四维),即 Swizzle操作符:
如图所示,有三套字符,最常用的两套是:xyzw、rgba;使用哪套字符没有什么限制,二者完全等价。只不过为了代码的可读性,一般习惯于:xyzw(普通向量)、rgba(表示颜色的向量)文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-773979.html
fixed4 v4 = fixed4(1, 0, -1, 0);
fixed3 col = v4.rgb;
fixed2 v2 = v4.www;
fixed4 v1 = v2.yyxx;
本篇完,下一篇,专题学习一下 “Cg/HLSL的内置函数” ,要开始改写“Unlit Shader”模板了…文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-773979.html
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