Unity中从顶点着色器输出到片段着色器中间的顶点变换

Unity中从顶点着色器输出到片段着色器中间的顶点变换

上图来自《shader入门精要》，是渲染流水线中顶点的完整空间变换过程。

在顶点着色器中，主要完成了前三个阶段，即顶点坐标乘以MVP矩阵，把顶点变换到了裁剪空间中，然后作为顶点着色器的输出。

在顶点着色器到片元着色器中间，也就是裁剪空间到屏幕空间，是Unity自动帮我们完成的，但是这个过程不只有一个阶段。

变换到NDC空间

首先要把顶点变换到NDC空间，裁剪空间中，各个顶点的x，y，z分量的范围是【-w，+w】，因此首先进行了透视除法，把各个顶点从裁剪空间变换到了NDC空间，这时各个分量的取值范围为【-1，1】。

视口变换

之后，需要进行视口变换，把各个分量先乘以1/2，再加上1/2，这时各个分量的取值范围就变成了【0，1】，这里就是视口空间的坐标。

屏幕空间

把各个顶点的x，y值分别乘以屏幕的宽和高，就得到了顶点最终在屏幕空间的位置。

因此整个过程就是裁剪空间坐标=>NDC空间坐标=>视口空间坐标=>屏幕空间坐标

Unity Shader中的ComputeScreenPos

Shader中这个函数的输入是裁剪空间中的某个顶点坐标，但是输出的并不是视口空间中的坐标，视口空间坐标的范围是【0，1】，但是这个函数输出的范围是【0，w】，因此，在除以w之后，把范围映射到了【0，1】才得到了视口空间的坐标。

上图同样来自《shader入门精要》，注意除法要在片元着色器中进行。

Unity之所以不自动执行这个除法，首先是因为在顶点着色器中进行这个除法会影响插值，投影空间不是线性空间，在顶点着色器中计算x/w和y/w，顶点着色器到片元着色器中的插值就会影响这个结果，而保留x，y，w，经过插值之后再计算，结果就正确了。

另外一个原因是Unity希望你把该坐标值用作tex2Dproj指令的参数值，tex2Dproj会在对纹理采样前除以w分量。

这两种方法是等价的

tex2Dproj(_Tex, projCoord) == tex2D(_Tex, projCoord.xy / projCoord.w)

当我们需要采样某张屏幕空间的投影图时（深度图），后面是手动进行除法，效率没有前面的方法高。