Unity Shaders学习笔记——SurfaceShader两个结构体和CG类型

Posted 2020-07-26 池月

【Unity Shaders】学习笔记——SurfaceShader（二）两个结构体和CG类型

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写作本系列文章时使用的是Unity5.3。
写代码之前：

1. 当然啦，如果Unity都没安装的话肯定不会来学Unity Shaders吧？

2. 阅读本系列文章之前你需要有一些编程的概念。

3. 在VS里面，Unity Shaders是没有语法高亮显示和智能提示的，VS党可以参考一下这篇文章使代码高亮显示，也可以下载shaderlabvs或NShader之类的插件使代码高亮显示。

4. 这是针对小白的Unity Shaders的基础知识，如果你已经有了基础或者你是大神，那么这些文章不适合你。

5. 由于作者水平的局限，文中或许会有谬误之处，恳请指出。

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上一篇文章里我们已经见过了一个简单的surface shader程序了，这是Unity自动生成的。
上一篇，我们还没有讲解CG的类型。
我们在程序里看到了Sampler2D、float2、half、fixed4几个类型，是不是觉得有些眼熟？C语言里有float这个类型，那这个float2是什么类型？听我详细道来：
CG支持7种数据类型：

float 32位浮点数
half  16位浮点数
int   32位整型数
fixed 12位定点数
bool  布尔数据
sampler 纹理对象的句柄，公有sampler, sampler1D, sampler2D, sampler3D, samplerCUBE, 和 samplerRECT 六种
string 字符，其实没有必要在CG中用到字符
向量类型 float2就是2元的float类型的向量，fixed4就是4元的fixed类型的向量
向量最长不超过4元

此外，CG还支持矩阵数据类型，比如：

float2×4 matrix;  // 表示2×4阶矩阵，包含8个float类型数据

那么定义变量的时候怎么知道该用哪种类型呢？有个简单的记忆原则：

• 精度够用就好

• 颜色和单位向量，使用fixed

• 其他情况，尽量使用half（即范围在[-6万, +6万]内、精确到小数点后3.3位）；否则才使用float。

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下面介绍surface shader的输入输出结构：
输入结构就是存储输入的信息，输出结构就是存储要输出的信息，也就是我们的眼睛会看见的效果。
输入结构通常是这样的：

struct Input
{
    float2 uv_MainTex;
}

里面保存着纹理坐标。纹理坐标必须命名为“uv”+"纹理名称"，uv_MainTex就是名为_MainTex的纹理的uv坐标。

Input中还可以放入额外的变量，比如下面几种：

float3 viewDir - will contain view direction, for computing Parallax effects, rim lighting etc.
为了计算视差、边缘光照等效果，Input需要包含视图方向。

float4 screenPos - will contain screen space position for reflection effects. Used by WetStreet shader in Dark Unity for example.
屏幕坐标。 为了获得反射效果，需要包含屏幕坐标。比如在Dark Unity例子中所使用的 WetStreet着色器。

float3 worldPos - will contain world space position.
世界坐标。

float3 worldRefl - will contain world reflection vector if surface shader does not write to o.Normal. See Reflect-Diffuse shader for example.
世界中的反射向量。如果表面着色不写入o.Normal, 将包含世界反射向量。 

float3 worldNormal - will contain world normal vector if surface shader does not write to o.Normal.
世界中的法线向量。如果表面着色器不写入法线(o.Normal)参数，将包含这个参数。

float3 worldRefl - will contain world reflection vector if surface shader writes to o.Normal. To get the reflection vector based on per-pixel 
normal map, use WorldReflectionVector (IN, o.Normal). 
世界反射向量。如果表面着色写入到o.Normal，将包含世界反射向量 。为了得到基于每个像素的法线贴图的反射向量, 使用WorldReflectionVector的（IN输入, o.Normal）。

float3 worldNormal - will contain world normal vector if surface shader writes to o.Normal. To get the normal vector based on per-pixel normal 
map, use WorldNormalVector (IN, o.Normal).
世界法线向量。如果表面着色写入到o.Normal， 将包含世界法线向量。为了得到基于每个像素的法线贴图的法线向量，请使用世界法线向量（(IN输入, o.Normal）

 

surface shader的默认的几种输出结构如下，输出结构也是可以自定义的。

struct SurfaceOutput
{
    fixed3 Albedo;  // 漫反射颜色
    fixed3 Normal;  // 切线空间法线，如果赋值的话
    fixed3 Emission; // 自发光颜色
    half Specular;  // 高光强度，范围是0-1
    fixed Gloss;    // specular intensity
    fixed Alpha;    // 透明度
};

struct SurfaceOutputStandard
{
    fixed3 Albedo;      // 基础 (漫反射或镜面反射) 颜色
    fixed3 Normal;      // 切线空间法线，如果赋值的话
    half3 Emission;     // 自发光颜色
    half Metallic;      // 0=非金属, 1=金属
    half Smoothness;    // 0=粗糙, 1=光滑
    half Occlusion;     // 遮挡(默认1)
    fixed Alpha;        // 透明度
};

struct SurfaceOutputStandardSpecular
{
    fixed3 Albedo;      // 漫反射颜色
    fixed3 Specular;    // 镜面反射颜色
    fixed3 Normal;      // 切线空间法线，如果赋值的话
    half3 Emission;     // 自发光颜色
    half Smoothness;    // 0=粗糙, 1=光滑
    half Occlusion;     // 遮挡(默认1)
    fixed Alpha;        // 透明度
};

下一篇就要开始写Shader了。

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感觉这篇有点像reference……