【Unity Shader】---常用帮助函数、结构体和全局变量 

一、内置包含文件

  Unity中有类似于C++的包含文件.cginc,在编写Shader时我们可以使用#include指令把这些文件包含进来
这样我们就可以使用Unity为我们提供的一些非常好用的函数、宏和变量。

例如:#include"UnityCG.cginc"

包含文件的位置:根目录\Editor\Data\CGIncludes

知识点1:以下是Unity中常用包含文件:
  文件名 描述
  1、UnityCG.cginc 包含最常用的帮助函数、宏和结构体
  2、UnityShaderVariables.cginc 在编译Shader时,会被自动包含进来,包含了许多内置的全局变量,如UNITY_MATRIX_MVP
  3、Ligghting.cginc 包含了各种内置光照模型,如果编写SurfaceShader的话,会被自动包含进来
  4、HLSLSurport.cginc 在编译Shader时,会被自动包含进来,声明了很多跨平台编译的宏和定义

  Unity5.2引入了许多新的重要的包含文件,如UnityStandardBRDF.cginc等。这些文件用于实现基于物理的渲染



知识点2:UnityShader中常用的结构体

    名称          描述              包含的变量
  appdata_base     用于顶点着色器输入      顶点位置、顶点法线、第一组纹理坐标
  appdata_tan      用于顶点着色器输入      顶点位置、顶点切线、顶点法线、第一组纹理坐标
  appdata_full     用于顶点着色器输入      顶点位置、顶点切线、顶点法线、四组(或更多)纹理坐标
  appdata_img      用于顶点着色器输入      顶点位置、第一组纹理坐标
  v2f_img        用于顶点着色器输出      裁剪空间中的位置、纹理坐标

struct appdata_img
{
  float4 vertex : POSITION;
  half2 texcoord : TEXCOORD0;
};

struct appdata_base 
{
  float4 vertex : POSITION;
  float3 normal : NORMAL;
  float4 texcoord : TEXCOORD0;
};

struct appdata_tan 
{
  float4 vertex : POSITION;
  float4 tangent : TANGENT;
  float3 normal : NORMAL;
  float4 texcoord : TEXCOORD0;
};

struct appdata_full 
{
  float4 vertex : POSITION;
  float4 tangent : TANGENT;
  float3 normal : NORMAL;
  float4 texcoord : TEXCOORD0;
  float4 texcoord1 : TEXCOORD1;
  float4 texcoord2 : TEXCOORD2;
  float4 texcoord3 : TEXCOORD3;
#if defined(SHADER_API_XBOX360)
  half4 texcoord4 : TEXCOORD4;
  half4 texcoord5 : TEXCOORD5;
#endif
  fixed4 color : COLOR;
};

struct v2f_img
{
  float4 pos : SV_POSITION;
  half2 uv : TEXCOORD0;
};

知识点3:UnityShader中常用的帮助函数

      函数名                      描    述
float3 WorldSpaceViewDir(float4 v)          输入一个模型顶点坐标,得到世界空间中从该点到摄像机的观察方向
float3 ObjSpaceViewDir(float4 v)           输入一个模型顶点坐标,得到模型空间中从该点到摄像机的观察方向
float3 WorldSpaceLightDir(float4 v)          输入一个模型顶点坐标,得到世界空间中从该点到光源的光照方向(方向没有归一化,且只可用于前向渲染)
float3 ObjSpaceLightDir(float4 v)           输入一个模型顶点坐标,得到模型空间中从该点到光源的光照方向(方向没有归一化,且只可用于前向渲染)
float3 UnityObjectToWorldNormal(float3 norm)  将法线从模型空间转换到世界空间
float3 UnityObjectToWorldDir(in float3 dir)       把方向矢量从模型空间转换到世界空间
float3 UnityWorldToObjectDir(float3 dir)        把方向矢量从世界空间转换到模型空间

知识点4:UnityShader中内置变量
                                                                     Unity内置变换矩阵
           变量名                                                                             描         述
UNITY_MATRIX_MVP          当前模型*观察*投影矩阵,用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到裁剪空间
UNITY_MATRIX_MV         当前模型*观察矩阵,用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到观察空间
UNITY_MATRIX_V         当前观察矩阵,用于将顶点/方向矢量从世界空间变换到观察空间
UNITY_MATRIX_P         当前投影矩阵,用于将顶点/方向矢量从观察空间变换到裁剪空间
UNITY_MATRIX_VP       当前观察*投影矩阵,用于将顶点/方向矢量从世界空间变换到裁剪空间
UNITY_MATRIX_T_MV       UNITY_MATRIX_MV转置矩阵
UNITY_MATRIX_IT_MV      UNITY_MATRIX_MV逆转置矩阵,可将法线矢量从模型空间转换到观察空间
_Object2World          当前模型的矩阵,用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到世界空间
_World2Object                _Object2World逆矩阵,用于将模型顶点/方向矢量从世界空间转换到模型空间

另外:Unity还提供了能够访问时间、光照、雾效和环境光等目的的变量。这些内置变量大多UnityShaderVariables.cginc中,
跟光照有关的还定义在Lighting.cginc 和AutoLight.cginc中。

知识点5:

1、uint CreateShader(enum type) : 创建空的shader object; 
  type: VERTEX_SHADER, 
2、void ShaderSource(uint shader, sizeicount, const **string, const int *length):加载shader源码进shader object;可能多个字符串 
3、void CompileShader(uint shader):编译shader object; 
  shader object有状态 表示编译结果 
4、void DeleteShader( uint shader ):删除 shader object; 
5、void ShaderBinary( sizei count, const uint *shaders, 
enum binaryformat, const void *binary, sizei length ): 加载预编译过的shader 二进制串; 
6、uint CreateProgram( void ):创建空的program object, programe object组织多个shader object,成为executable; 
7、void AttachShader( uint program, uint shader ):关联shader object和program object; 
8、void DetachShader( uint program, uint shader ):解除关联; 
9、void LinkProgram( uint program ):program object准备执行,其关联的shader object必须编译正确且符合限制条件; 
10、void UseProgram( uint program ):执行program object; 
11、void ProgramParameteri( uint program, enum pname, 
int value ): 设置program object的参数; 
12、void DeleteProgram( uint program ):删除program object; 
13、shader 变量的qualifier: 
   默认:无修饰符,普通变量读写, 与外界无连接; 
   const:常量 const vec3 zAxis = vec3(0.0, 0.0, 1.0); 
   attribute: 申明传给vertex shader的变量;只读;不能为array或struct;attribute vec4 position; 
   uniform: 表明整个图元处理中值相同;只读; uniform vec4 lightPos; 
   varying: 被差值;读写; varying vec3 normal; 
   in, out, inout; 


shader变量的精度: 
   highp, mediump, lowp 

shader内置变量: 
   gl_Position: 用于vertex shader, 写顶点位置;被图元收集、裁剪等固定操作功能所使用; 
                其内部声明是:highp vec4 gl_Position; 
   gl_PointSize: 用于vertex shader, 写光栅化后的点大小,像素个数; 
                其内部声明是:mediump float gl_Position; 
   gl_FragColor: 用于Fragment shader,写fragment color;被后续的固定管线使用; 
                 mediump vec4 gl_FragColor; 
   gl_FragData: 用于Fragment shader,是个数组,写gl_FragData[n] 为data n;被后续的固定管线使用; 
                 mediump vec4 gl_FragData[gl_MaxDrawBuffers]; 
   gl_FragColor和gl_FragData是互斥的,不会同时写入; 
   gl_FragCoord: 用于Fragment shader,只读, Fragment相对于窗口的坐标位置 x,y,z,1/w; 这个是固定管线图元差值后产生的;z 是深度值; mediump vec4 gl_FragCoord; 
   gl_FrontFacing: 用于判断 fragment是否属于 front-facing primitive;只读; 
                   bool gl_FrontFacing;   
   gl_PointCoord: 仅用于 point primitive; mediump vec2 gl_PointCoord; 


shader内置常量: 
   const mediump int gl_MaxVertexAttribs = 8; 
   const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors = 128; 
   const mediump int gl_MaxVaryingVectors = 8; 
   const mediump int gl_MaxVertexTextureImageUnits = 0; 
   const mediump int gl_MaxCombinedTextureImageUnits = 8; 
   const mediump int gl_MaxTextureImageUnits = 8; 
   const mediump int gl_MaxFragmentUnitformVectors = 16; 
   const mediump int gl_MaxDrawBuffers = 1; 


shader内置数学函数: 
   一般默认都用弧度; 
   radians(degree) : 角度变弧度; 
   degrees(radian) : 弧度变角度; 
   sin(angle), cos(angle), tan(angle) 
   asin(x): arc sine, 返回弧度 [-PI/2, PI/2]; 
   acos(x): arc cosine,返回弧度 [0, PI]; 
   atan(y, x): arc tangent, 返回弧度 [-PI, PI]; 
   atan(y/x): arc tangent, 返回弧度 [-PI/2, PI/2]; 
  
   pow(x, y): x的y次方; 
   exp(x): 指数, log(x): 
   exp2(x): 2的x次方, log2(x): 
   sqrt(x): x的根号; inversesqrt(x): x根号的倒数 
  
   abs(x): 绝对值 
   sign(x): 符号, 1, 0 或 -1 

    {sign(x)或者Sign(x)叫做符号函数,在数学和计算机运算中,其功能是取某个数的符号(正或负): 
    当x>0,sign(x)=1; 
    当x=0,sign(x)=0; 
    当x<0, sign(x)=-1;}    floor(x): 底部取整 
   ceil(x): 顶部取整 
   fract(x): 取小数部分 
   mod(x, y): 取模, x - y*floor(x/y) 
   min(x, y): 取最小值 
   max(x, y): 取最大值 
   clamp(x, min, max):  min(max(x, min), max); 
   mix(x, y, a): x, y的线性混叠, x(1-a) + y*a; 
   step(edge, x): 如 x 
   smoothstep(edge0, edge1, x): threshod  smooth transition时使用。 edge0<=edge0时为0.0, x>=edge1时为1.0 
  
   length(x): 向量长度 
   distance(p0, p1): 两点距离, length(p0-p1); 
   dot(x, y): 点积,各分量分别相乘 后 相加 
   cross(x, y): 差积,x[1]*y[2]-y[1]*x[2], x[2]*y[0] - y[2]*x[0], x[0]*y[1] - y[0]*x[1] 
   normalize(x): 归一化, length(x)=1; 
   faceforward(N, I, Nref): 如 dot(Nref, I)< 0则N, 否则 -N 
   reflect(I, N): I的反射方向, I -2*dot(N, I)*N, N必须先归一化 
   refract(I, N, eta): 折射,k=1.0-eta*eta*(1.0 - dot(N, I) * dot(N, I)); 如k<0.0 则0.0,否则 eta*I - (eta*dot(N, I)+sqrt(k))*N 
  
   matrixCompMult(matX, matY): 矩阵相乘, 每个分量 自行相乘, 即 r[j] = x[j]*y[j]; 
                              矩阵线性相乘,直接用 * 
    
   lessThan(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x < y 
   lessThanEqual(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x<=y 
   greaterThan(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x>y 
   greaterThanEqual(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x>=y 
   equal(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x==y 
   notEqual(vecX, vexY): 向量 每个分量比较 x!=y 
   any(bvecX): 只要有一个分量是true, 则true 
   all(bvecX): 所有分量是true, 则true 
   not(bvecX): 所有分量取反 
  
   texture2D(sampler2D, coord): texture lookup 
   texture2D(sampler2D, coord, bias): LOD bias, mip-mapped texture 
   texture2DProj(sampler2D, coord): 
   texture2DProj(sampler2D, coord, bias): 
   texture2DLod(sampler2D, coord, lod): 
   texture2DProjLod(sampler2D, coord, lod): 
   textureCube(samplerCube, coord): 
   textureCube(samplerCube, coord, bias): 
   textureCubeLod(samplerCube, coord, lod): 

 

文章转自【https://www.cnblogs.com/nanwei/p/7184085.html】