unity urp内置lit材质源码解析（中）

Posted 2022-07-13 暮志未晚Webgl

上一篇（https://blog.csdn.net/qq_30100043/article/details/125725934）解析了内置shader lit的主文件和input文件，接下来，我们将视线关注到LitForwardPass.hlsl。
这个文件内主要是shader的渲染逻辑，里面包含了顶点着色器和片元着色器。

在pass里面，我们可以看到顶点着色器和片元着色器的函数名称，所以，我们在LitForwardPass.hlsl里面直接先去寻找这两个函数。

我们查看整个文件，可以发现，这个文件结构很简单，上面就是引入了Lighting.hlsl文件，里面包含了光照相关的函数和实现。
下面就是根据你材质上设置的宏，另外开启了方便做判断的宏。
下面Attributes和Varyings分别是顶点着色器和片元着色器使用的缓冲区结构体。
再往下就是shader中pass指定的顶点着色器和片元着色器。

顶点着色器

按照渲染的顺序，在cpu中，进行剔除和排序后，cpu会调用drawcall进行绘制，首先调用的就是顶点着色器，那么我们先从顶点着色器的逻辑开始解析。
顶点着色器需要传入顶点相关的数据，我们可以自己定义需要传入的内容，内置的结构体为

根据结构内的名字我们不难看出，分别是
顶点位置
顶点法向
顶点切线（和顶点法向垂直的，并且是根据UV的方向生成的切线方向）
顶点的UV
顶点的静态光照UV
顶点的动态光照UV
实现unity得instance合批定义的关键字

顶点着色器需要返回一个Varyings类型的数据，所以在顶点着色器中，先声明了一个需要返回的变量。

结构体里面有大量的宏判断，就是在不同的变体中，它的Varyings的结构内的数据也会不同，而顶点着色器也是生成Varyings相关数据的函数，所以，这两个我们放到一起进行解析。

首先这里，其实就是根据你的传入input生成instance的id，这样就可以生成相关数据，前两个是生成instance的相关数据，最后一个是兼容VR。对应的就是Varyings的最后两个配置项。而且你需要使用，也需要在片元着色器里面进行设置。

这是在片元着色器的代码。如果你要实现instance，按照unity写法实现即可。VR兼容可以按需设置。

接着看顶点着色器

这两句第一个返回了顶点所需的数据

查看结构体，我们可以看到，返回的值是根据传入的位置，给你计算出世界空间 视线空间 裁剪空间 以及NDC空间（归一化的设备坐标）的位置。
第二个函数，主要计算出当前顶点的副法线，我们可以看到这个结构体内的值

计算出这两个结构体内的值，供后面使用。

这一句就有点意思，这个主要是计算除主光源后的附加光源的，如果你设置的是使用顶点去计算附加光源，这个返回的vertexLight是有颜色的，如果你在片元里面去计算，那么精细度更高，但顶点里面计算更节省渲染性能。在顶点里面计算，一般都是超过了我们设置的光照个数以后，还有光照，那么，它不会不渲染，而是在顶点里面做一个简单的渲染，只是精度会低很多，因为它是逐顶点计算的。

这个就是求出雾的强度，使用unity内置的函数，我们也可以在光照那设置雾的参数。

这个是直接根据基础贴图的TIllingOffset计算出实际在片元着色器中使用的UV。

这句就是设置世界空间的法向。

这段主要是返回的世界空间坐标系下的切线法向，只有在你使用了法向贴图或者需要使用视差偏移时才会传出。所以我们在Varyings里面也看到了有相应的宏的判断。sign是设备兼容，有的渲染器切线方向是需要设置相反的方向。

这一段是，如果你需要使用视差偏移，那么，将计算出世界空间下的视线方向，并根据此计算出在切线空间的视角朝向。

这一句是使用了内置的函数，计算出了当前的使用烘焙光照贴图上的uv，如果你开始了光照贴图的宏的话。
如果你开启了动态光照烘焙，那么将给片元传输动态光照烘焙的UV

这里是计算球谐光照的顶点颜色

如果你有顶点光照颜色，那么将顶点光照和雾的强度一块传出，不然只传出雾的强度。

如果你开启了阴影，那么将计算出顶点的shadowMap上的UV。

这个是设置裁剪空间的位置。在这里多说一句

我们能看到在Varyings结构体中，这个后缀是SV_POSITION，代表着这个值是代表模型顶点位置在颜色缓冲区上面的位置，也是必须的。

片元着色器

接下来我们看一下片元着色器

片元着色器需要将我们顶点着色器生成的数据传入，并最终返回一个四维的向量，代表着这个片元绘制到缓冲区的像素颜色以及透明度。

开头还是需要设置instance和vr兼容函数，这个是必须放在最前面的。

这里还是对视差映射进行处理，如果没有在顶点着色器里计算切线空间的相机朝向，这里再计算。然后通过相机朝向，对贴图的uv进行偏移。

这个就是litshader在LitInput.hlsl定以的生成一些材质属性，什么金属度 基本色 光滑度什么的，具体的内容可以查看源码解析（上）。

这个函数其实是根据传入的Varyings数据，以及切线空间的法向，求出渲染PBR所需的数据。

InitializeInputData

那么我们现在解析一下InitializeInputData函数里面进行了哪些数据的生成，我们可以先看一下返回的数据的结构体

上面可以看到还有个宏，开启debug以后，会传出更多的内容，那么，我们看一下，InitializeInputData到底如何生成相关数据的。

先初始化一下变量

设置世界空间位置

获取到相机朝向顶点位置的方向，世界空间下，并且进行了归一化。

如果使用了法向贴图或者细节贴图，将生成世界空间的法向和切线，没有的话，只生成世界空间的法线。

生成阴影贴图的UV

根据你在unity设置的雾的配置，生成实际上的雾的强度。如果有顶点计算的多光源颜色，那么也将生成顶点光的值。

获取全局烘焙光照颜色。

获取到屏幕空间的UV

获取阴影遮罩

这里是debug使用。

接着回到片元着色器

这个是debug的函数，好像是新加的，如果写正式项目，我们可以去掉。根据名称可以看出，这个是设置调试用的贴图。

这是延迟渲染管线所需的，如果是延迟渲染管线，将修改inputData内的一些数据。

这个就是重点内容了，我感觉需要单开一篇来讲解这里面的内容。里面主要实现pbr的渲染，使用了我们之前生成的数据，我们去源码解析（下）去再去解析。这个返回了pbr计算出来的颜色。

这里就是颜色根据雾的强度进行一个混合，模拟雾的效果。

计算颜色的透明度。

到此最后返回颜色，完成了片元着色器，对最终写入颜色缓冲区颜色的计算。

具体lit内置的pbr如何实现，我再写一篇讲解。