unity shader入门语义，结构体，逐顶点光照

Posted 2020-10-11 懒人起烂命

下为一个逐顶点漫反射光照shader

Shader "study/Chapter6/vertexShader"{
 Properties{
_Diffuse("Diffuse",Color)=(1, 1, 1, 1)//材质的漫反射属性
//声明一个Color类型的属性
 }
  SubShader{
	 Pass{
		Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
		CGPROGRAM
		#pragma vertex vert
		#pragma fragment frag
　　　　　　　　　　//unity的内置文件，为了可以使用unity的一些内置变量，如后面的——LightColor0
		#include "Lighting.cginc"
　　　　　　　　　　//匹配属性的变量，关于属性和变量的匹配，下面有
		fixed4 _Diffuse;
		//顶点着色器输入结构体，结构体下面有
		struct a2v{
		float4 vertex:POSITION;//存储模型顶点
		float3 normal:NORMAL; //存储模型顶点法线
		};
		//顶点着色器输出结构体，同时也是片元着色器输入结构体
		struct v2f{
		float4 pos:SV_POSITION;
		fixed3 color:COLOR;//将顶点着色器计算的光照颜色传递给片元着色器
		};
		//顶点着色器
		v2f vert(a2v v){
			v2f o;
			//将顶点从模型空间转化到裁剪空间
			o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
			//获取外部项，通过unity内置函数UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT获取环境光部分
			fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
			//将法线从模型空间转化到世界空间
			fixed3 worldNormal=normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject));
			//光源方向，_WorldSpaceLightPos0假设场景中只有一个平行光源才能得到正确方向
			fixed3 worldLight=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
			//_LightColor0为unity内置变量访问该Pass处理的光源的颜色和强度信息
　　　　　　　　　　　　　　//下面给出漫反射计算公式
			fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLight));
			o.color=ambient+diffuse;
			return o;
		}
　　　　　　　　　　//片元着色器
		fixed4 frag(v2f i):SV_TARGET{
		return fixed4(i.color,1.0);
		}
		ENDCG
	 }
 }
 //把这个unity shader的回调设置为内置的Diffuse
 FallBack "Diffuse"
}

　首先下边是Unity支持的语义

现在来看看顶点输入结构体
struct a2v{
		float4 vertex:POSITION;//存储模型顶点
		float3 normal:NORMAL; //存储模型顶点法线
		};

这个叫a2v的结构体包含了顶点着色器需要的模型数据，a2v表示application to vertex shader,把数据从应用阶段传递到顶点着色器中
一个结构体的格式如下
struct structname{
Type(数据类型) Name(变量名)：Semantic(语义);

Type(数据类型) Name(变量名)：Semantic(语义);

Type(数据类型) Name(变量名)：Semantic(语义);

......
};
我们一般是从顶点着色器输出一些数据比如模型的法线，坐标纹理等给片元着色器就需要通过上述代码中的v2f结构体来实现两者通信。
顶点着色器是逐顶点调用的，片元着色器是逐片元调用的。片元着色器实际上是吧顶点着色器的输出进行差值后得到的结果。
在顶点着色器中做的就是把顶点着色器输入结构体作为（上为a2v）中顶点的一些信息经过一顿操作转换为v2f（就是个函数）,然后将这个v2f丢到片元着色器中再
一顿操作，然后输出一个颜色

下面是属性与变量匹配关系

比如你在properties中声明了一个2D属性，在CG中你就要声明一个sample2D变量来匹配这个2D属性，声明的属性名必须与变量名一致，
比如上面都是_Diffuse。取值范围上fixed<half<float,在移动端平台上需要注意下。


我们看到的光=环境光/自发光+漫反射+高光反射
漫反射计算公式
漫反射=（光源颜色*材质的漫反射颜色）max(0,表面法线*光源的单位矢量)

为了防止法线和光源方向点乘的结果为负值，需要使用去最大值函数

将其截取到0，以防止物体被从后面的光源照亮。

得到的材质球效果如下