【Unity】Geometry Shader实现

https://www.cnblogs.com/jaffhan/p/7565178.html 

 

 

 

Unity官方文档关于Geometry Shader的内容较少。不过也是因为Unity的开发者大多数面向的是移动平台开发,所以Geometry Shader作为DirectX 10的特性并没有被开发者广泛使用。

  首先要知道,Geometry Shader和Vertex Shader以及Fragment Shader的区别。

  在DirectX 9的渲染管线中,可编程的Shader只有顶点着色器和片段着色器两类。但是在DirectX 10开始,渲染管线增加了一个【可选】的几何体着色器。这是与顶点着色器和片段着色器【理论可选】作为渲染管线必需的两个着色器的主要区别。

  几何着色器在渲染管线中的位置是在顶点着色器和片段着色器之间,准确的说是和顶点着色器相邻。所以在功能方面,几何体着色器的操作和顶点着色器有相似性。一些原来位于顶点着色器中的计算,理论上完全可以转移到几何体着色器中进行。但实际操作中,并不建议那么做。因为几何体着色器并行调用硬件困难,并行程度低,效率和顶点着色器有很大的差距,这是第二个区别。

  顶点着色器是逐顶点操作,可以进行坐标变换等计算。

  片段着色器是逐片段/像素操作,进行最终输出颜色的计算。

  几何着色器同理,是逐图元的操作。它的输入是图元,输出也是图元。

  图元是渲染对象在顶点着色器之后,光栅化之前的一种状态。简单的来说,就是包含点【点Point而不是顶点Vertex】或者线段或者三角形的集合。

  经过这些简单的了解,大概能猜到几何着色器可以用来做什么了。比如细分【DirectX 11新增了更优的可选的细分着色器实现】,比如Low Poly,比如线框。Billboard也可以,不过Billboard可以在脚本和顶点Shader中同样可以实现。

 通过简单的一个Billboard例子来讲解几何体着色器:

给一个Quad使用后的运行结果是产生Y轴约束,面向摄像机的Quad。

1 Shader "Custom/GS Billboard" 
  2 {
  3     Properties 
  4     {
  5         _SpriteTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
  6         _Size ("Size", Range(0, 3)) = 0.5
  7     }
  8 
  9     SubShader 
 10     {
 11         Pass
 12         {
 13             Tags { "RenderType"="Opaque" }
 14             LOD 200
 15         
 16             CGPROGRAM
 17                 #pragma target 5.0
 18                 #pragma vertex VS_Main
 19                 #pragma fragment FS_Main
 20                 #pragma geometry GS_Main
 21                 #include "UnityCG.cginc" 
 22 
 23                 // **************************************************************
 24                 // Data structures                                                *
 25                 // **************************************************************
 26                 struct GS_INPUT
 27                 {
 28                     float4    pos        : POSITION;
 29                     float3    normal    : NORMAL;
 30                     float2  tex0    : TEXCOORD0;
 31                 };
 32 
 33                 struct FS_INPUT
 34                 {
 35                     float4    pos        : POSITION;
 36                     float2  tex0    : TEXCOORD0;
 37                 };
 38 
 39 
 40                 // **************************************************************
 41                 // Vars                                                            *
 42                 // **************************************************************
 43 
 44                 float _Size;
 45                 float4x4 _VP;
 46                 Texture2D _SpriteTex;
 47                 SamplerState sampler_SpriteTex;
 48 
 49                 // **************************************************************
 50                 // Shader Programs                                                *
 51                 // **************************************************************
 52 
 53                 // Vertex Shader ------------------------------------------------
 54                 GS_INPUT VS_Main(appdata_base v)
 55                 {
 56                     GS_INPUT output = (GS_INPUT)0;
 57 
 58                     output.pos =  mul(_Object2World, v.vertex);
 59                     output.normal = v.normal;
 60                     output.tex0 = float2(0, 0);
 61 
 62                     return output;
 63                 }
 64 
 65 
 66 
 67                 // Geometry Shader -----------------------------------------------------
 68                 [maxvertexcount(4)]
 69                 void GS_Main(point GS_INPUT p[1], inout TriangleStream<FS_INPUT> triStream)
 70                 {
 71                     float3 up = float3(0, 1, 0);
 72                     float3 look = _WorldSpaceCameraPos - p[0].pos;
 73                     look.y = 0;
 74                     look = normalize(look);
 75                     float3 right = cross(up, look);
 76                     
 77                     float halfS = 0.5f * _Size;
 78                             
 79                     float4 v[4];
 80                     v[0] = float4(p[0].pos + halfS * right - halfS * up, 1.0f);
 81                     v[1] = float4(p[0].pos + halfS * right + halfS * up, 1.0f);
 82                     v[2] = float4(p[0].pos - halfS * right - halfS * up, 1.0f);
 83                     v[3] = float4(p[0].pos - halfS * right + halfS * up, 1.0f);
 84 
 85                     float4x4 vp = mul(UNITY_MATRIX_MVP, _World2Object);
 86                     FS_INPUT pIn;
 87                     pIn.pos = mul(vp, v[0]);
 88                     pIn.tex0 = float2(1.0f, 0.0f);
 89                     triStream.Append(pIn);
 90 
 91                     pIn.pos =  mul(vp, v[1]);
 92                     pIn.tex0 = float2(1.0f, 1.0f);
 93                     triStream.Append(pIn);
 94 
 95                     pIn.pos =  mul(vp, v[2]);
 96                     pIn.tex0 = float2(0.0f, 0.0f);
 97                     triStream.Append(pIn);
 98 
 99                     pIn.pos =  mul(vp, v[3]);
100                     pIn.tex0 = float2(0.0f, 1.0f);
101                     triStream.Append(pIn);
102                 }
103 
104 
105 
106                 // Fragment Shader -----------------------------------------------
107                 float4 FS_Main(FS_INPUT input) : COLOR
108                 {
109                     return _SpriteTex.Sample(sampler_SpriteTex, input.tex0);
110                 }
111 
112             ENDCG
113         }
114     } 
115 }

GS Billboard

  

设定着色器编译目标级别为5.0。不过根据Unity的文档,4.0的着色器编译目标级别就已经支持Geometry Shader了。

#pragma target 5.0

设定几何体着色器函数名称为GS_Main【可自定义】。

#pragma geometry GS_Main

设置顶点着色器向几何体着色器输出的最大顶点数量为4。

[maxvertexcount(4)]

几何体着色器输入的图元是点,数量为1。输出的图元是三角形流。

void GS_Main(point GS_INPUT p[1], inout TriangleStream<FS_INPUT> triStream)

Append()是几何着色器内置的向输出流附加顶点的函数,因为允许的最大输出顶点数量就是4,所以append四次,输出四个顶点。

triStream.Append(pIn);

其他没有什么新东西要讲,简单的描述一下这个Shader的流程。

顶点着色器:

  将顶点变换到世界空间,同时传递顶点法线和填充纹理坐标。

几何着色器:

  1.定义一个垂直向上的向量up。

  2.计算观察向量look。

  3.将look向量的Y轴设为0并规格化,使得look向量成为平行于XZ平面指向摄像机的单位向量。

  4.计算up向量和look向量的叉乘,得到一个垂直于二者的新向量right。

  5.计算Size的一半halfS。

  6.将输入的点,以该点为中心点,分别向right向量正负轴向,up向量正负轴向移动halfS的距离,四个顶点的四个顶点的坐标。

  7.将顶点依次转换到投影空间,分配UV并Append到输出流上,最后输出。

片段着色器:

  根据UV对贴图进行采样,返回颜色。

posted @ 2020-08-04 15:22  00000000O  阅读(292)  评论(0编辑  收藏  举报