Shader预处理宏内置状态变量多版本编译等

Posted 2020-10-14 oayx

预定义shader预处理宏：
　　Target platform:

　　SHADER_API_OPENGL - desktop OpenGL
　　SHADER_API_D3D9 - Direct3D 9
　　SHADER_API_XBOX360 - Xbox 360
　　SHADER_API_PS3 - PlayStation 3
　　SHADER_API_D3D11 - desktop Direct3D 11
　　SHADER_API_GLES - OpenGL ES 2.0 (desktop or mobile), use presence of SHADER_API_MOBILE to determine.
　　SHADER_API_FLASH - Flash Stage3D
　　SHADER_API_D3D11_9X - Direct3D 11 target for Windows RT

　　Surface shader pass indicators:

　　UNITY_PASS_FORWARDBASE - 前向渲染的base pass(主方向光、lightmaps、SH)
　　UNITY_PASS_FORWARDADD - 前向渲染的add pass(没盏灯一个pass)
　　UNITY_PASS_PREPASSBASE - 延迟渲染base pass(renders normals & specular exponent).
　　UNITY_PASS_PREPASSFINAL - 延迟渲染final pass (applies lighting & textures).
　　UNITY_PASS_SHADOWCASTER - 阴影投射渲染pass.
　　UNITY_PASS_SHADOWCOLLECTOR - 阴影手机pass for directional light shadows.

内置全局状态变量：

　　内置的矩阵：

UNITY_MATRIX_MVP                                   float4x4    Current model * view * projection matrix.
UNITY_MATRIX_MV                                    float4x4    Current model * view matrix.
UNITY_MATRIX_V                                     float4x4    Current view matrix.
UNITY_MATRIX_P　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 float4x4    Current projection matrix.
UNITY_MATRIX_VP    　　　　　　　　　　　　　　　　　　 float4x4    Current view * projection matrix.
UNITY_MATRIX_T_MV                                  float4x4    Transpose of model * view matrix.
UNITY_MATRIX_IT_MV    　　　　　　　　　　　　　　　　　float4x4    Inverse transpose of model * view matrix.
UNITY_MATRIX_TEXTURE0 to UNITY_MATRIX_TEXTURE3     float4x4    Texture transformation matrices.
_Object2World                                      float4x4    Current model matrix.
_World2Object                                      float4x4    Inverse of current world matrix.
_WorldSpaceCameraPos                               float3    World space position of the camera.
unity_Scale                                        float4    xyz components unused; w contains scale for uniformly scaled objects.

　　内置的向量：

　　UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT: Current ambient color.

　　光照相关的：

_ModelLightColor                                   float4    Material’s Main * Light color
_SpecularLightColor                                float4    Material’s Specular * Light color
_ObjectSpaceLightPos                               float4    Light’s position in object space. w component is 0 for directional lights, 1 for other lights
_Light2World                                       float4x4    Light to World space matrix
_World2Light                                       float4x4    World to Light space matrix
_Object2Light                                      float4x4    Object to Light space matrix

　　变量：

_Time                                              float4    Time (t/20, t, t*2, t*3), use to animate things inside the shaders.
_SinTime                                           float4    Sine of time: (t/8, t/4, t/2, t).
_CosTime                                           float4    Cosine of time: (t/8, t/4, t/2, t).
unity_DeltaTime                                    float4    Delta time: (dt, 1/dt, smoothDt, 1/smoothDt).
_ProjectionParams                                  float4    x is 1.0 (or –1.0 if currently rendering with a flipped projection matrix), y is the camera’s near plane, z is the camera’s far plane and w is 1/FarPlane.
_ScreenParams                                      float4    x is the current render target width in pixels, y is the current render target height in pixels, z is 1.0 + 1.0/width and w is 1.0 + 1.0/height.

　　内置光照参数：
　　对于不同的Rendering Path和Pass Tag，可以使用的光照参数是不一样的。（当然所有参数你都可以在shader中使用，但并不能保证其一定会存储有效的值）。
　　Forward rendering(ForwardBase和PorwardAdd标记的pass)支持的变量：

LightColor0 (declared in Lighting.cginc) | fixed4 |Light color. | |WorldSpaceLightPos0　　float4　　　　Directional lights: (world space direction, 0). Other lights: (world space position, 1).
_LightMatrix0 (declared in AutoLight.cginc)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　float4x4　　  World-to-light matrix. Used to sample cookie & attenuation textures.
unity_4LightPosX0, unity_4LightPosY0, unity_4LightPosZ0　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　float4　　　　(ForwardBase pass only) world space positions of first four non-important point lights.
unity_4LightAtten0　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 float4　　　　(ForwardBase pass only) attenuation factors of first four non-important point lights.
unity_LightColor　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  half4[4]　　　(ForwardBase pass only) colors of of first four non-important point lights.

　　说明：

　　(1)_LightColor0在ForwardBass里面表示：主光，一定是Pixel(Important)、Directional光源，没有的话则改值不可用；

　　(2)_LightColor0在ForwardAdd里面表示：当前执行的ForwardAdd的pixel光；

　　_WorldSpaceLightPos0的意义和_LightColor类似，也是在Base里表示主光，Add里表示像素光。

　　(3)unity_LightColor是距离物体最近的4个point光，也就是说同一个场景中每个物体的这4个光不一样，注意这4个point光的选择非常有意思；

　　　　(a)当shader中没有ForwardAdd Pass的时候，unity_LightColor记录了4盏vertex point光源，无视pixel光；

　　　　(b)当shader中包含ForwardAdd Pass的时候，unity_LightColor记录了4盏point光源，pixel比vertex优先。

　　(4)如果场景中有多个pixel光，则对每一个物体，所有的非主光的pixel光都会执行一遍ForwardAdd Pass，按照强度大小、平行光优先的顺序来执行；

　　(5)不要在ForwardAdd Pass里面使用unity4LightPosX/Y/Z等数据，因为它们就是给ForwardBase Pass使用的，而且如果其中有pixel光，它们本身就会对ForwardAdd执行一遍；

　　(6)可以使用Shade4PointLights函数在ForwardBase中计算Vertex光源的照明。

　　Deferred shading：

LightColor | float4 | Light color. | |LightMatrix0　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　float4x4　　World-to-light matrix. Used to sample cookie & attenuation textures.

　　Vertex-lit rendering(Vertex标记的pass)：
　　顶点光照可以使用最多8盏光源，这些光源按照亮度排序，按顺序存储在一下这些数据结构中，如果光源数量少于8，那么多出来的都将黑色：

unity_LightColor　　　　　　　　　　　　half4[8]　　　　Light colors.
unity_LightPosition　　　　　　　　　　float4[8]　　　　View-space light positions. (-direction,0) for directional lights; (position,1) for point/spot lights.
unity_LightAtten　　　　　　　　　　　　half4[8]　　　　Light attenuation factors. x is cos(spotAngle/2) or –1 for non-spot lights; y is 1/cos(spotAngle/4) or 1 for non-spot lights; z is quadratic attenuation; w is squared light range.
unity_SpotDirection　　　　　　　　　　float4[8]　　　　View-space spot light positions; (0,0,1,0) for non-spot lights.

　　说明：

　　(1)_LightColor0表示unity_LightColor[0]

　　(2)unity_LightPosition是MV空间中的位置

　　(3)逐顶点光照函数float4 ShadeVertexLights(float4 vertex, float3 normal)

　　注意：

　　(1)_LightColor0变量不代表某个具体含义，它在不同的Render Path和Pass里面是有不同的意义的

　　(2)ShaderLab里面的内置变量是不会及时清理的，这是Unity处于性能方面的考虑，因为在CPU和GPU之间频繁传递数据是很耗资源的

　　Fog和Ambient环境光信息：

UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT　　　　　　fixed4　　　　Ambient lighting color (Equator ambient in three-color lighting case).
unity_AmbientSky　　　　　　　　　　 fixed4　　　　Sky ambient lighting color in three-color lighting case.
unity_AmbientGround　　　　　　　　　fixed4　　　　Ground ambient lighting color in three-color lighting case.
unity_FogColor　　　　　　　　　　　　fixed4　　　　Fog color.
unity_FogParams　　　　　　　　　　　 float4　　　　Parameters for fog calculation: (density / sqrt(ln(2)), density / ln(2), –1/(end-start), end/(end-start)). x is useful for Exp2 fog mode, y for Exp mode, z and w for Linear mode.

使用multi_compile编译Shader的多个版本：

　　有时候我们希望保留一个shader的大多数实现，而只是做一些细节的修改，此时我们就可以通过该方式来生成shader的多个版本，然后在代码中控制使用哪个版本。
　　命令：
　　#pragma multi_compile FANCY_STUFF_OFF FANCY_STUFF_ON
　　控制：
　　Material.EnableKeyword(keyword: string)/DisableKeyword(keyword: string)
　　Shader.EnableKeyword(keyword: string)/DisableKeyword(keyword: string)
　　在shader中根据定义好的关键字处理具体显示方案：

　　float4 frag(vertOut i):COLOR
　　{
　　　　float4 c = float4(0, 0, 0, 0);
　　　　#ifdef MY_multi_1
　　　　　　c = float4(0, 1, 0, 0);
　　　　#endif
　　　　#ifdef MY_multi_2
　　　　　　c = float4(0, 0, 1, 0);
　　　　#endif
　　　　return c;
}

　　注意不要在shader中大量使用此命令，因为关键字的个数是有上限的，而多条multi_complie会交叉匹配产生很多种结果。

GLSL shader编程
　　在Shader中，除了Cg/HLSL以外，GLSL(OpenGL Shading Languate)也可以直接使用。
　　一般不建议使用GLSL，除非你确定你的目标平台只有Max OS X或兼容OpenGL ES 2.0的移动设备。
　　Unity默认都会将Cg/HLSL交叉编译出优化过得GLSL，以此来支持多平台。在desktop平台下可以通过打开#pragma glsl选项来支持。

平台特性相关的渲染差异：
　　Unity封装了大多数的平台问题，但有些时候还是需要自己处理一下的。
　　纹理坐标：
　　Direct3D里面是左上角为原点；
　　OpenGL和OpenGL ES是左下角为原点。
　　多数时候都ok，除了在Render To Texture时。但是在RTT时，Unity对于D3D平台会自动将渲染的贴图上下翻转一下，以此隐藏了各平台的差异。
　　D3D平台下，有一种情况不需要Unity自动翻转渲染贴图，那就是使用Image Effects和Anti-Aliasing时，因为直接渲染到Screen了，
　　需要手动处理的情况：但同时使用screen texture和RenderTexture时，有可能会得到不一致的坐标朝向，此时就需要在shader里面通过代码处理了：

// On D3D when AA is used, the main texture and scene depth texture
// will come out in different vertical orientations.
// So flip sampling of the texture when that is the case (main texture
// texel size will have negative Y).

#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
        uv.y = 1-uv.y;

#endif

　　AlphaTest：
　　在OpenGL ES 2.0和Direct3D 11中，没有alpha testing的固定函数。所以在编写programmable shader时，建议在pixel shader中使用CG/HLSL clip()函数来替代。
　　D3D 11 shader编译器比较挑剔：
　　D3D 9和OpenGL使用NVIDIA的Cg来编译shader，但D3D 11使用微软的HLSL来编译，此时就会产生一些差异化。
　　OpenGL ES 2.0只支持部分GLSL原生的东西，所以Unity实现了一些内置的参数，让其以OpenGL的方式工作，但是也有一些参数是没有的。

CSDN博客：http://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/47284289