【URP】UnityHLSL顶点片元语义详解

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发展历史

‌传统可编程管线语义体系‌早期Unity采用HLSL/CG混合语法，定义了基础语义系统：

• 顶点着色器输入语义：POSITION、NORMAL、TEXCOORD0等用于接收模型数据‌
• 输出语义：SV_POSITION传递裁剪空间坐标，COLOR0等自定义语义用于插值数据传递‌
• 片元着色器输出语义：SV_Target控制颜色缓冲区写入‌

‌URP架构的语义重构‌2021年推出的URP通过SRP体系重构了语义系统：

• 引入UNITY_MATRIX_MVP等宏替代传统矩阵传递方式，优化实例化渲染效率‌
• 标准化顶点着色器输入结构体，强制要求positionOS（模型空间坐标）作为基础输入‌
• 新增语义支持屏幕空间坐标转换，如COMPUTE_SCREEN_POS宏实现positionCS计算‌

‌现代URP语义特性‌当前URP 12.x版本语义系统呈现以下特征：

• 保留传统语义兼容性（如TEXCOORD系列）‌
• 强化系统语义（SV_Position用于深度计算，SV_RenderTargetArrayIndex支持多目标渲染）‌
• 通过#include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl"预定义语义宏，实现跨平台兼容‌

该演进过程体现了从灵活语义定义到标准化渲染接口的转变，同时保持了与旧版管线的兼容性。开发者可通过URP

顶点着色器输入数据由应用阶段（如Mesh Renderer）提供，常用语义如下：

‌语义‌	‌数据类型‌	‌描述‌
POSITION	float4	模型空间顶点坐标‌
NORMAL	float3	模型空间法线向量‌
TANGENT	float4	模型空间切线向量（.w分量存储副切线方向标志）‌
TEXCOORDn	float2/float4	顶点纹理坐标（n=0-7，如TEXCOORD0表示第一组UV）‌
COLOR	fixed4/float4	顶点颜色‌

‌示例代码‌：

hlsl
struct appdata {
    float4 vertex : POSITION;
    float3 normal : NORMAL;
    float2 uv : TEXCOORD0;
};

🔄 ‌顶点着色器输出/片元着色器输入语义‌

顶点着色器向片元着色器传递数据时需定义插值语义：

‌语义‌	‌数据类型‌	‌描述‌
SV_POSITION	float4	‌必需语义‌，输出裁剪空间顶点坐标‌
TEXCOORDn	任意	自定义插值数据（如UV、计算中间值），n=0-7‌
COLORn	fixed4/float4	插值颜色（n=0-1）‌

‌注意事项‌：

• SV_POSITION 必须存在于顶点着色器输出结构体中‌；
• TEXCOORDn 可自由传递任意数据（如光照向量、自定义参数）‌。

🎨 ‌片元着色器输出语义‌

片元着色器最终输出至渲染目标：

‌语义‌	‌数据类型‌	‌描述‌
SV_Target	fixed4/float4	输出颜色到帧缓存（默认渲染目标）‌
SV_Targetn	任意	多渲染目标（MRT）输出（n=0-7）‌

‌示例代码‌：

hlsl
struct v2f {
    float4 pos : SV_POSITION;
    float2 uv : TEXCOORD0;
};
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
    return tex2D(_MainTex, i.uv);
}

️ ‌关键规则与注意事项‌

‌语义冲突规避‌：

• 输入/输出结构体中的 TEXCOORDn 含义不同：顶点输入时由Unity自动填充纹理坐标，输出时可自定义用途‌；
• 避免在相同结构体重复使用同一 TEXCOORDn 索引‌。

‌精度控制‌：

• 优先用 fixed（11位）处理颜色，half（16位）处理中等范围数值，减少GPU开销‌。

‌跨管线兼容‌：

• URP中 POSITION 与 SV_POSITION 需严格区分：前者为输入模型坐标，后者为输出裁剪坐标‌；
• 内置管线 POSITION 在片元输入中已被弃用，需替换为 SV_POSITION

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