一、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
知识点1:以下是Unity中常用包含文件: 文件名 描述 1、UnityCG.cginc 包含最常用的帮助函数、宏和结构体 2、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 3、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 4、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
Unity5.2引入了许多新的重要的包含文件,如UnityStandardBRDF.cginc等。这些文件用于实现基于物理的渲染
知识点2:UnityShader中常用的结构体
名称 描述 包含的变量 appdata_base 用于顶点着色器输入 顶点位置、顶点法线、第一组纹理坐标 appdata_tan 用于顶点着色器输入 顶点位置、顶点切线、顶点法线、第一组纹理坐标 appdata_full 用于顶点着色器输入 顶点位置、顶点切线、顶点法线、四组(或更多)纹理坐标 appdata_img 用于顶点着色器输入 顶点位置、第一组纹理坐标 v2f_img 用于顶点着色器输出 裁剪空间中的位置、纹理坐标
struct appdata_img { float4 vertex : POSITION; half2 texcoord : TEXCOORD0; }; struct appdata_base { float4 vertex : POSITION; float3 normal : NORMAL; float4 texcoord : TEXCOORD0; };
struct appdata_tan { float4 vertex : POSITION; float4 tangent : TANGENT; float3 normal : NORMAL; float4 texcoord : TEXCOORD0; };
struct appdata_full { 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; };
struct v2f_img { float4 pos : SV_POSITION; half2 uv : TEXCOORD0; };
知识点3:UnityShader中常用的帮助函数 函数名 描 述 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 知识点4:UnityShader中内置变量 Unity内置变换矩阵 变量名 描 述 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 另外: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UnityShaderVariables.cginc中, 跟光照有关的还定义在Lighting.cginc 和AutoLight.cginc中。
知识点5:
1、uint CreateShader(enum type) : 创建空的shader object; type: VERTEX_SHADER, 2、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 3、void CompileShader(uint shader):编译shader object; shader object有状态 表示编译结果 4、void DeleteShader( uint shader ):删除 shader object; 5、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; 6、uint CreateProgram( void ):创建空的program object, programe object组织多个shader object,成为executable; 7、void AttachShader( uint program, uint shader ):关联shader object和program object; 8、void DetachShader( uint program, uint shader ):解除关联; 9、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; 10、void UseProgram( uint program ):执行program object; 11、void ProgramParameteri( uint program, enum pname, int value ): 设置program object的参数; 12、void DeleteProgram( uint program ):删除program object; 13、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;
shader变量的精度: highp, mediump, lowp
shader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; bool gl_FrontFacing; gl_PointCoord: 仅用于 point primitive; mediump vec2 gl_PointCoord;
shader内置常量: const mediump int gl_MaxVertexAttribs = 8; const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors = 128; const mediump int gl_MaxVaryingVectors = 8; const mediump int gl_MaxVertexTextureImageUnits = 0; const mediump int gl_MaxCombinedTextureImageUnits = 8; const mediump int gl_MaxTextureImageUnits = 8; const mediump int gl_MaxFragmentUnitformVectors = 16; const mediump int gl_MaxDrawBuffers = 1;
shader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): 如 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): 如 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)); 如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):
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