《Unity Shader入门精要》读书笔记04

终于从上一章爬出来了。。。

Unity 版本为 2022.3

第 5 章开始 Unity Shader 学习之旅

绝大部分代码写在SubShader->Pass中。

一个最简单的顶点/片元着色器

1 2	#prama vertex name1 #prama fragment name2

它们告诉Unity，哪个函数包含了顶点着色器的代码，哪个函数包含了片元着色器的代码。

vert 函数

float4 vert(float4 v : POSITION) : SV_POSITION {
	retrun mul(UNITY_MATRIX_MVP,v);
	// 在新版中应该用 UnityObjectToClipPos(v);
}

vert函数的输入 v 包含了这个顶点的位置，这是通过POSITION语义指定的。它的返回值是一个 float4 类型的变量，它是该顶点在裁剪空间中的位置，POSITION 和 SV_POSITION 都是CG/HLSL中的语义（semantics），它们是不可省略的，这些语义将告诉系统用户需要哪些输入值，以及用户的输出是什么。例如这里，POSITION将告诉Unity，把模型的顶点坐标填充到输入参数v中，SV_POSITION将告诉Unity，顶点着色器的输出是裁剪空间中的顶点坐标。

frag 函数

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fixed4 frag() : SV_Target {
	return fixed4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
}

SV_Target : HLSL中的一个系统语义，它等同于告诉渲染器，把用户的输出颜色存储到一个渲染目标（rendertarget）中，这里将输出到默认的帧缓存中。

来自模型的数据

// 使用一个结构体来定义顶点着色器的输入
// a表示应用（application），v表示顶点着色器（vertex shader），a2v的意思就是把数据从应用阶段传递到顶点着色器中。
struct a2v {
	// POSITION: 用模型空间的顶点坐标
	float4 vertex : POSITION;
	// NORMAL: 用模型空间的法线方向
	float3 normal : NORMAL;
	// TEXCOORD0: 用模型空间的第一套纹理坐标
	float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
float4 vert(a2v v) : SV_POSITION {
	return UnityObjectToClipPos(v.vertex);
}

结构体定义格式

struct StructName {
	Type Name : Semantic;
	Type Name : Semantic;
	// .....
	// 语义是不可以省略的
};

用结构体在 vert 和 frag 之间通信

//...
struct v2f {
	//SV_POSITION 语义告诉 Unity, pos 里包含了顶点在裁剪空间中的位置信息
	float4 pos : SV_POSITION;
	// COLOR0 语义可以用于存储颜色信息
	fixed3 color : COLOR0;
};

v2f vert(a2v v) {
	// 声明输出结构
	v2f o;
	o.pos = UnityObjectToClipPos(v);
	// v.norma1包含了顶点的法线方向, 其分量范围在[-1.0, 1.0]
	// 下面的代码把分量范围映射到了[0.0, 1.0]
	// 存储到o.color中传递给片元着色器
	o.color=v.normal*0.5+fixed3(0.5,0.5,0.5);
	return o;
}

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
	// 将插值后的i.color显示到屏幕上
	return fixed4(i.color, 1.0);
}
//...

使用属性Properties

Shader "Unity Shaders Book/Chapter 5/Simple Shader"{
	Properties {
		// 声明一个Color类型的属性
		_Color  ("Color Tint", Color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
	}
	SubShader {
		Pass {
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			fixed4 _Color;

Unity内置文件和变量

内置的包含文件

CGPROGRAM
// ...
#include "UnityCG.cginc"
// ...
ENDCG

它们的位置：Unity的安装路径/Data/CGIncludes

文件名	描述
UnityCG.cginc	包含了最常使用的帮助函数、宏和结构体等
UnityShaderVariables.cginc	在编译UnityShader时，会被自动包含进来。包含了许多内置的全局变量，如UNITY_MATRIX_MVP等
Lighting.cginc	包含了各种内置的光照模型，如果编写的SurfaceShader的话，会自动包含进来
HLSLSupport.cginc	在编译Unity Shader时，会被自动包含进来。声明了很多用于跨平台编译的宏和定义

我们可以直接使用UnityCGcginc中预定义的结构体作为顶点着色器的输入和输出。

名称	包含的变量
appdata_base	顶点位置、顶点法线、第一组纹理坐标
appdata_tan	顶点位置、顶点切线、顶点法线、第一组纹理坐标
appdata_full	顶点位置、顶点切线、顶点法线、四组（或更多）纹理坐标
appdata_img	顶点位置、第一组纹理坐标
v2f_img	（用作输出）裁剪空间中的位置、纹理坐标
还有一些常用的帮助函数。还有很多宏。以后用到再说。

Unity 提供的 CG/HLSL 语义

系统数值语义（system-value semantics），以SV开头，代表系统数值（system-value）。

为了让我们的Shader有更好的跨平台性，对于这些有特殊含义的变量我们最好使用以SV开头的语义进行修饰。

Unity 支持的语义

从应用阶段传递模型数据到顶点着色器
(….省略，用到了再查，真的常用后面再整理）

Debug

1.假彩色图像（false-color image）——也就是把数据作为颜色输出
2.利用 Visual Studio——Graphics Debugger
3.帧调试器（Unity自带，Window->Analysis->Frame Debugger）可以用于查看渲染该帧时进行的各种渲染事件（event）。

渲染平台的差异

在OpenGL（OpenGLES也是）中，（0，0）点对应了屏幕的左下角，而在DirectX（Metal也是）中，（0，0）点对应了左上角。

当我们要使用渲染到纹理技术，把屏幕图像渲染到张渲染纹理中时，如果不采取任何措施的话，就会出现纹理翻转的情况。
除此之外还有语法和语义的差异。同样，以后遇到了再做记录。

关于Shader代码的建议

float的精度大于half, fixed, 所以优化时可以考虑降精度。
如果要发布到DirectX平台上，就要使用更严格的语法。
不同的ShaderTarget、不同的着色器阶段，我们可使用的临时寄存器和指令数目都是不同的。对应指令#pragma target 2.0。
慎用分支和循环语句。GPU使用了不同于CPU的技术来实现分支语句，在最坏的情况下，我们花在一个分支语句的时间相当于运行了所有分支语句的时间。
一个改善方法是，尽量把计算向流水线上端移动，例如把放在片元着色器中的计算放到顶点着色器中，或者直接在CPU中进行预计算，再把结果传递Shader。
不要除以0。对那些除数可能为0的情况，强制截取到非0范围。

第 5 章 开始 Unity Shader 学习之旅