Unity Shader:几何着色器

Posted 2023-03-10

参考技术A 在我翻译过的OpenGL和实时渲染相关文章中，简要介绍过几何着色器，它的执行顺序位于细分曲面着色器、光栅化与片元着色器之间，有时不会使用细分曲面着色器，且常不表示固定阶段，所以简要来说，顶点着色器的输出到几何着色器，接着进行某些增减基本体的操作，然后进入片元着色器进行光照计算操作。

几何着色器本质上最常用的是增加基本体，可以用于生成粒子，毛发等。

Unity中，和顶点与片元着色器一样，使用一个预编译指令来标明函数，且额外定义一个结构体用于变量的输入输出，供着色器之间通信。这里给出一个简单的几何着色器例子：

注意三个结构体：

对于将顶点转换到裁剪空间，以及变换UV的操作，我们在几何着色器中执行了，实际上也可以在顶点着色器中执行，只是这么做的话，更灵活。

对于几何着色器函数，这里复制一下：

maxvertexcount 代表几何着色器会增加的顶点的最大数量。由于我们在物体上实际添加一个三角形，所以这里设置为3.

接下来讲解几何着色器函数的参数：

接着讲解函数体。首先我们定义一个 g2f 的结构体对象，我们会对其进行操作然后加入列表中。

然后，我们进行一个简单的循环，将每个输入的顶点添加到流中，创建三角形。因为数据要传入片元着色器，因此我们将顶点坐标转换到裁剪空间，并且按系数偏移UV。

最后，我们使用 triStream.Append(o) 将一个修改过的 g2f 结构体添加到三角形流中。在结束循环后，使用 RestartStrip 函数，这可以让流明白一个独立的三角形要在之后添加。这里并没有额外生成顶点等，一切保持原状。

现在我们扩展这个简单的几何着色器，我们从每个三角形上挤出一个金字塔的形状，即在三角形中心添加一个顶点，然后沿法线方向挤出面。

在最开始，我们添加了 _ExtrusionFactor 属性，用于控制挤出的高度。接着开启 Cull Off ，关闭面消隐。

在几何着色器函数中，我们首先设置最大输出顶点数量，相当于生成4个三角形，即在每个三角形的基础上生成3个三角形来组成锥体。

对于挤出操作，我们需要每个三角形的中心作为法线，因此，我们通过对三角形各个顶点的坐标做平均计算来得到重心，然后同样通过平均计算来得到三角形的法线。

然后我们生成锥体，算法过程为：

这就是第一个循环所做的事情。第二个循环中，我们将最开始的三角形组装起来，然后就可以得到想要的三角锥了。