Unity中HLSL代码块的基本知识归纳整理

Posted 2023-03-31 雨亦妖_JRegn

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Unity中HLSL代码块的基本知识归纳整理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Unity中HLSL代码块的基本知识归纳整理

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着色器语义

编写 HLSL 着色器程序时，输入和输出变量需要通过语义来表明其“意图”。这是 HLSL 着色器语言中的标准概念。

语义是附加到着色器输入或输出的字符串，用于传达有关参数预期用途的信息。在着色器阶段之间传递的所有变量都需要语义.

顶点着色器输入语义

主顶点着色器函数（由 #pragma vertex 指令表示）需要在所有输入参数上都有语义。这些对应于各个网格数据元素，如顶点位置、法线网格和纹理坐标。

对于 Cg/HLSL 顶点程序，网格顶点数据作为输入传递给顶点着色器函数。每个输入都需要有指定的语义：例如，POSITION 输入表示顶点位置，NORMAL 表示顶点法线。

通常，顶点数据输入在结构中声明，而不是逐个列出。
几个常用的顶点结构：

appdata_base：位置、法线和一个纹理坐标。
appdata_tan：位置、切线、法线和一个纹理坐标。
appdata_full：位置、切线、法线、四个纹理坐标和颜色。

要访问不同的顶点数据，需要自己声明顶点结构，或者将输入参数添加到顶点着色器。顶点数据由 Cg/HLSL 语义标识，并且必须来自以下列表：

POSITION 是顶点位置，通常为 float3 或 float4。
NORMAL 是顶点法线，通常为 float3。
TEXCOORD0 是第一个 UV 坐标，通常为 float2、float3 或 float4。
TEXCOORD1、TEXCOORD2 和 TEXCOORD3 分别是第 2、第 3 和第 4 个 UV 坐标。
TANGENT 是切线矢量（用于法线贴图），通常为 float4。
COLOR 是每顶点颜色，通常为 float4。

示例：
我们在unity中创建一个‘Unlit Shader’，可以看见这一部分（我使用的unity版本是2019）：

struct v2f
            
                float2 uv : TEXCOORD0;
                UNITY_FOG_COORDS(1)
                float4 vertex : SV_POSITION;
            ;

从这一部分可以发现，当我们需要读取顶点的uv和位置坐标时，使用了语义TEXCOORD0和SV_POSITION，也就是将自己创建的变量’uv’和’vertex’通过语义定义成了第一个UV坐标和顶点位置。
其中可以发现POSITION语义这里写的是SV_POSITION，而它俩的区别是什么呢？
这就涉及到另一个概念——System-Value语义。

System Value语义

系统值语义是 Direct3D 10 的新增功能。所有系统值以 SV 前缀开头，一个常见示例是 SV_POSITION，该位置由光栅器阶段解释。
意思是：

在DX10以后的语义绑定中被使用代表特殊的意义，和POSITION用法并无不同。唯一区别是 SV_POSTION一旦被作为vertex shader的输出语义，那么这个最终的顶点位置就被固定了，直接进入光栅化处理

在DX10版本之前没有引入SV_的预定义语义，POSITION被用作vertex shader的输入/输出，fragment shader的输入参数。但DX10之后就推荐使用SV_POSITION作为vertex shader的输出和fragment shader的输入了，注意vertex shader的输入还是使用POSITION！

参考自https://blog.csdn.net/zhao_92221/article/details/46797969

个人理解就是，经过SV_语义定义完后，POSITION便被固定下来无法改变，因此才使用POSITION作为Vertex shader的输入，而使用SV_POSITION作为Vertex shader的输出。
因为经过顶点着色器后，顶点的坐标位置便被确定，在片元着色器中不允许再去更改这个变量。

内置着色器 `include` 文件

Unity 提供了若干文件供着色器程序用于引入预定义的变量和 helper 函数。这可以通过标准 #include 指令来完成，例如：

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

Unity 中的着色器 include 文件采用 .cginc 扩展名，内置的着色器 include 文件包括：

HLSLSupport.cginc -_（自动包含）_用于跨平台着色器编译的 helper 宏和定义。
UnityShaderVariables.cginc -_（自动包含）_常用的全局变量。
UnityCG.cginc - 常用的 helper 函数。
AutoLight.cginc - 光照和阴影功能，例如表面着色器在内部使用此文件。
Lighting.cginc - 标准表面着色器光照模型；当您编写表面着色器时会自动包含。
TerrainEngine.cginc - 地形和植被着色器的 helper 函数。

而在之中，常见的UnityCG.cginc库便是调用常用的helper函数。

内置着色器 helper 函数

Unity 具有许多内置实用函数，旨在使编写着色器更简单，更轻松。

在这里罗列一些常见的help函数，更多的函数请前往 Unity 官方中文手册——内置着色器helper函数查看

UnityCG.cginc 中的顶点变换函数

功能：	描述：
float4 UnityObjectToClipPos(float3 pos)	将对象空间中的点变换到齐次坐标中的摄像机裁剪空间。这等效于 mul(UNITY_MATRIX_MVP, float4(pos, 1.0))，应该在适当的位置使用。
float3 UnityObjectToViewPos(float3 pos)	将对象空间中的点变换到视图空间。这等效于 mul(UNITY_MATRIX_MV, float4(pos, 1.0)).xyz，应该在适当的位置使用。

UnityCG.cginc 中的通用 helper 函数

功能：	描述：
float3 WorldSpaceViewDir (float4 v)	返回从给定对象空间顶点位置朝向摄像机的世界空间方向（未标准化）。
float3 ObjSpaceViewDir (float4 v)	返回从给定对象空间顶点位置朝向摄像机的对象空间方向（未标准化）。

UnityCG.cginc 中的前向渲染 helper 函数

功能：	描述：
float3 WorldSpaceLightDir (float4 v)	根据给定的对象空间顶点位置计算朝向光源的世界空间方向（未标准化）。
float3 ObjSpaceLightDir (float4 v)	根据给定对象空间顶点位置计算朝向光源的对象空间方向（未标准化）。

内置着色器变量

Unity 的内置文件包含着色器的全局变量：当前对象的变换矩阵、光源参数、当前时间等等。就像任何其他变量一样，可在着色器程序中使用这些变量，但如果已经包含相关的 include 文件，则不必声明这些变量。

同样，我在这里罗列一些常见的变量，更多请前往 Unity官方中文手册——内置着色器变量中查看。

变换

所有这些矩阵都是float4×4类型，并且是列主序的

名称：	值
unity_ObjectToWorld	当前模型矩阵。
unity_WorldToObject	当前世界矩阵的逆矩阵。
UNITY_MATRIX_MV	当前模型 * 视图矩阵。
UNITY_MATRIX_MVP	当前模型 * 视图 * 投影矩阵。

摄像机和屏幕

这些变量将对应于正在渲染的摄像机。例如，在阴影贴图渲染中，它们仍将引用摄像机组件值，而不是用于阴影贴图投影的“虚拟摄像机”。

名称	类型	值
_WorldSpaceCameraPos	float3	摄像机的世界空间位置。
unity_CameraProjection	float4x4	摄像机的投影矩阵。
unity_CameraInvProjection	float4x4	摄像机投影矩阵的逆矩阵。
unity_CameraWorldClipPlanes[6]	float4	摄像机视锥体平面世界空间方程，按以下顺序：左、右、底、顶、近、远。

时间

名称	类型	值
_Time	float4	自关卡加载以来的时间 (t/20, t, t2, t3)，用于将着色器中的内容动画化。
_SinTime	float4	时间正弦：(t/8, t/4, t/2, t)。
_CosTime	float4	时间余弦：(t/8, t/4, t/2, t)。

光照

前向渲染（ForwardBase和ForwardAdd通道类型）:

名称	类型	值
_LightColor0（在 UnityLightingCommon.cginc 中声明）	fixed4	光源颜色。
_WorldSpaceLightPos0	float4	方向光：（世界空间方向，0）。其他光源：（世界空间位置，1）。

延迟着色和延迟光照，在光照通道着色器中使用：

名称	类型	值
_LightColor	float4	光源颜色。

顶点光照渲染（Vertex 通道类型）：
最多可为 Vertex 通道类型设置 8 个光源；始终从最亮的光源开始排序。因此，如果希望一次渲染受两个光源影响的对象，可直接采用数组中前两个条目。如果影响对象的光源数量少于 8，则其余光源的颜色将设置为黑色。

名称	类型	值
unity_LightColor	half4[8]	光源颜色
unity_LightPosition	float4[8]	View-space light positions. (-direction,0) for directional lights; (position,1) for Point or Spot Lights.

光照贴图

名称	类型	值
unity_Lightmap	Texture2D	包含光照贴图信息
unity_LightmapST	float4[8]	缩放 UV 信息并转换到正确的范围以对光照贴图纹理进行采样