Unity Shader速写金手指,从古至今,讳莫如深!绝赞收集中!
内置包含文件
Unity中有类似于C++的包含文件.cginc,在编写Shader时我们可以使用#include
指令把这些文件包含进来
这样我们就可以使用Unity为我们提供的一些非常好用的函数、宏和变量。
例如:#include"UnityCG.cginc"
包含文件的位置:根目录\Editor\Data\CGIncludes
Unity中常用包含文件
- UnityCG.cginc: 包含最常用的帮助函数、宏和结构体
- UnityShaderVariables.cginc: 在编译Shader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
- Ligghting.cginc: 包含了各种内置光照模型,如果编写SurfaceShader的话,会被自动包含进来
- HLSLSurport.cginc: 在编译Shader时,会被自动包含进来,声明了很多跨平台编译的宏和定义
UnityShader中常用的结构体
Struct Name | Discription | Included Arguments |
---|---|---|
appdata_base | vert input | float4 vertex : POSITION; float3 normal : NORMAL; float4 texcoord : TEXCOORD0; |
appdata_tan | vert input | float4 vertex : POSITION; float4 tangent : TANGENT; float3 normal : NORMAL; float4 texcoord : TEXCOORD0; |
appdata_full | vert input | float4 vertex : POSITION; float4 tangent : TANGENT; float3 normal : NORMAL; float4 texcoord : TEXCOORD0; float4 texcoord1 : TEXCOORD1; float4 texcoord2 : TEXCOORD2; float4 texcoord3 : TEXCOORD3; #if defined(SHADER_API_XBOX360) half4 texcoord4 : TEXCOORD4; half4 texcoord5 : TEXCOORD5; #endif fixed4 color : COLOR; |
appdata_img | vert input | float4 vertex : POSITION; half2 texcoord : TEXCOORD0; |
v2f_img | vert output | float4 pos : SV_POSITION;//裁剪空间中的位置 half2 uv : TEXCOORD0; |
常用函数
Function | Discription |
---|---|
float3 WorldSpaceViewDir(float4 v) | 输入一个模型顶点坐标,得到世界空间中从该点到摄像机的观察方向 |
float3 ObjSpaceViewDir(float4 v) | 输入一个模型顶点坐标,得到模型空间中从该点到摄像机的观察方向 |
float3 WorldSpaceLightDir(float4 v) | 输入一个模型顶点坐标,得到世界空间中从该点到光源的光照方向(方向没有归一化,且只可用于前向渲染) |
float3 ObjSpaceLightDir(float4 v) | 输入一个模型顶点坐标,得到模型空间中从该点到光源的光照方向(方向没有归一化,且只可用于前向渲染) |
float3 UnityObjectToWorldNormal(float3 norm) | 将法线从模型空间转换到世界空间 |
float3 UnityObjectToWorldDir(in float3 dir) | 把方向矢量从模型空间转换到世界空间 |
float3 UnityWorldToObjectDir(float3 dir) | 把方向矢量从世界空间转换到模型空间 |
内置变量
Variable | Discription |
---|---|
UNITY_MATRIX_MVP | 当前模型观察投影矩阵,用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到裁剪空间 |
UNITY_MATRIX_MV | 当前模型观察矩阵,用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到观察空间 |
UNITY_MATRIX_V | 当前观察矩阵,用于将顶点/方向矢量从世界空间变换到观察空间 |
UNITY_MATRIX_P | 当前投影矩阵,用于将顶点/方向矢量从观察空间变换到裁剪空间 |
UNITY_MATRIX_VP | 当前观察投影矩阵,用于将顶点/方向矢量从世界空间变换到裁剪空间 |
UNITY_MATRIX_T_MV | UNITY_MATRIX_MV转置矩阵 |
UNITY_MATRIX_IT_MV | UNITY_MATRIX_MV逆转置矩阵,可将法线矢量从模型空间转换到观察空间 |
_Object2World | 当前模型的矩阵,用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到世界空间 |
_World2Object | _Object2World逆矩阵,用于将模型顶点/方向矢量从世界空间转换到模型空间 |
另:Unity还提供了能够访问时间、光照、雾效和环境光等目的的变量。这些内置变量大多在UnityShaderVariables.cginc
中,跟光照有关的还定义在Lighting.cginc
和AutoLight.cginc
中。
Misc
uint CreateShader(enum type)
: 创建空的shader object;
type: VERTEX_SHADER,void ShaderSource(uint shader, sizeicount, const **string, const int *length)
:加载shader源码进shader object;可能多个字符串void CompileShader(uint shader)
:编译shader object;
shader object有状态 表示编译结果void DeleteShader( uint shader )
:删除 shader object;void ShaderBinary( sizei count, const uint *shaders, enum binaryformat, const void *binary, sizei length )
: 加载预编译过的shader 二进制串;uint CreateProgram( void )
:创建空的program object, programe object组织多个shader object,成为executable;void AttachShader( uint program, uint shader )
:关联shader object和program object;void DetachShader( uint program, uint shader )
:解除关联;void LinkProgram( uint program )
:program object准备执行,其关联的shader object必须编译正确且符合限制条件;void UseProgram( uint program )
:执行program object;void ProgramParameteri( uint program, enum pname, int value )
: 设置program object的参数;void DeleteProgram( uint program )
:删除program object;- shader变量的qualifier:
默认:无修饰符,普通变量读写, 与外界无连接;
const:常量 const vec3 zAxis = vec3(0.0, 0.0, 1.0);
attribute: 申明传给vertex shader的变量;只读;不能为array或struct;attribute vec4 position;
uniform: 表明整个图元处理中值相同;只读; uniform vec4 lightPos;
varying: 被差值;读写; varying vec3 normal;
in, out, inout;
变量精度:
- highp
- mediump
- lowp
SL内置变量:
gl_Position: 用于vertex shader, 写顶点位置;被图元收集、裁剪等固定操作功能所使用;
其内部声明是:highp vec4 gl_Position;gl_PointSize: 用于vertex shader, 写光栅化后的点大小,像素个数;
其内部声明是:mediump float gl_Position;gl_FragColor: 用于Fragment shader,写fragment color;被后续的固定管线使用;
mediump vec4 gl_FragColor;gl_FragData: 用于Fragment shader,是个数组,写gl_FragData[n] 为data n;被后续的固定管线使用;
mediump vec4 gl_FragData[gl_MaxDrawBuffers];
gl_FragColor和gl_FragData是互斥的,不会同时写入;
gl_FragCoord: 用于Fragment shader,只读, Fragment相对于窗口的坐标位置 x,y,z,1/w; 这个是固定管线图元差值后产生的;z 是深度值; mediump vec4 gl_FragCoord;
gl_FrontFacing: 用于判断 fragment是否属于 front-facing primitive;只读;
gl_PointCoord: 仅用于 point primitive; mediump vec2 gl_PointCoord;
SL内置常量
1 | const mediump int gl_MaxVertexAttribs = 8; |
SL内置数学函数
一般默认都用弧度
radians(degree): 角度变弧度;
degrees(radian): 弧度变角度;
sin(angle), cos(angle), tan(angle);
asin(x): arc sine, 返回弧度 [-PI/2, PI/2];
acos(x): arc cosine,返回弧度 [0, PI];
atan(y, x): arc tangent, 返回弧度 [-PI, PI];
atan(y/x): arc tangent, 返回弧度 [-PI/2, PI/2];
pow(x, y): x的y次方;
exp(x): 指数, log(x);
exp2(x): 2的x次方, log2(x);
sqrt(x): x的根号; inversesqrt(x): x根号的倒数;
abs(x): 绝对值;
sign(x): 符号, 1, 0 或 -1;
sign(x)或者Sign(x)叫做符号函数,在数学和计算机运算中,其功能是取某个数的符号(正或负:
当x>0,sign(x)=1,
当x=0,sign(x)=0,
当x<0, sign(x)=-1;
floor(x): 底部取整;
ceil(x): 顶部取整;
fract(x): 取小数部分;
mod(x, y): 取模, x - y*floor(x/y)
;
min(x, y): 取最小值;
max(x, y): 取最大值;
clamp(x, min, max): min(max(x, min), max);
mix(x, y, a): x, y的线性混叠, x(1-a) + y*a
;
step(edge, x);
smoothstep(edge0, edge1, x): threshod smooth transition时使用:
edge0<=edge0时为0.0, x>=edge1时为1.0;
length(x): 向量长度;
distance(p0, p1): 两点距离, length(p0-p1)
;
dot(x, y): 点积,各分量分别相乘 后 相加;
cross(x, y): 差积,x[1]*y[2]-y[1]*x[2], x[2]*y[0] - y[2]*x[0], x[0]*y[1] - y[0]*x[1]
;
normalize(x): 归一化, length(x)=1;
faceforward(N, I, Nref): 若dot(Nref, I)< 0则N, 否则 -N;
reflect(I, N): I的反射方向, I -2*dot(N, I)*N, N必须先归一化;
refract(I, N, eta): 折射,k=1.0-eta*eta*(1.0 - dot(N, I) * dot(N, I))
,
若k<0.0则0.0,否则 eta*I - (eta*dot(N, I)+sqrt(k))*N
;
matrixCompMult(matX, matY): 矩阵相乘, 每个分量 自行相乘, 即r*[j] = x[j]*y[j]
;
矩阵线性相乘,直接用*
;
lessThan(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x < y;
lessThanEqual(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x<=y;
greaterThan(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x>y;
greaterThanEqual(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x>=y;
equal(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x==y;
notEqual(vecX, vexY): 向量 每个分量比较 x!=y;
any(bvecX): 只要有一个分量是true, 则true;
all(bvecX): 所有分量是true, 则true;
not(bvecX): 所有分量取反;
texture2D(sampler2D, coord): texture lookup;
texture2D(sampler2D, coord, bias): LOD bias, mip-mapped texture;
texture2DProj(sampler2D, coord);
texture2DProj(sampler2D, coord, bias);
texture2DLod(sampler2D, coord, lod);
texture2DProjLod(sampler2D, coord, lod);
textureCube(samplerCube, coord);
textureCube(samplerCube, coord, bias);
textureCubeLod(samplerCube, coord, lod)。