【Unity】shader中参数传递

1、前言

unity shader这个对于我来说是真的有点难，今天这篇文章主要还是总结下最近学习到的一些东西，避免过段时间忘记了，可能有不对，欢迎留言纠正。

2、参数传递的两种方式

2.1 语义传递

语义传递这个相对来说是简单的

shader "Custom/e1"
{SubShader{Pass {CGPROGRAM//表示vert函数是顶点着色器代码#pragma vertex vert //表示fragment函数是片元着色器代码#pragma fragment frag//声明新的结构体包含顶点着色器需要的模型数据//a表示应用，v表示顶点着色器，a2v意思就是把数据从应用阶段传递到顶点着色器中struct a2v{// POSITION语义告诉Unity用模型空间的顶点坐标填充vertex变量float4 vertex : POSITION;// NORMAL语义告诉Unity，用模型空间的法线方向填充normal变量float3 normal : NORMAL;// TEXCOORD0语义告诉Unity，用模型的第一套纹理坐标填充texcoord变量float4 texcoord : TEXCOORD0;};float4 vert(a2v v) : SV_POSITION{//Unity内置的模型·观察·投影矩阵return UnityObjectToClipPos (v.vertex);}fixed4 frag() : SV_Target{//返回一个颜色的fixed4类型变量return fixed4(0.3,0.4,1.0,1.0);}ENDCG}}
}

POSITION 和 SV_POSITION 都是语义

怎么理解语义呐？可以简单理解为语义数据就是GPU内部固定的容器，只能存储固定类型的数据。

那么，填充到POSITION,TANGENT,NORMAL这些语义中的数据究竟从哪里来的呢？在Unity中，他们是由该材质的Mesh Render组件提供的。在每帧调用Draw Call的时候，Mesh Render组件会把它负责渲染的模型数据发送给Unity Shader。我们知道，一个模型通常包含一组三角面片，每个三角面片由3个顶点构成，而每个顶点又包含一些数据，例如顶点位置，法线，切线，纹理坐标，顶点颜色等。通过上面的方法，我们就可以在顶点着色器中访问顶点的这些模型数据。

下面是顶点着色器输入语义：

语义	描述
POSITION	顶点的坐标信息，通常为float3或者float4类型
NORMAL	顶点的法线信息，通常为float3类型
TEXCOORD0	模型的第一套UV坐标，通常为float2、float3或者float4类型，TEXCOORD0到TEXCOORD3分别对应为第一到第四套UV坐标
TANGENT	顶点的切向量，通常为float4类型
COLOR	顶点的颜色信息，通常为float4类型

下面是顶点着色器输出和片段着色器输入常用的语义：

语义	描述
SV_POSITION	顶点在裁切空间中的坐标，float4类型
TEXCOORD0、TEXCOORD1 等	用于声明任意高精度的数据，例如纹理坐标、向量等
COLOR0、COLOR1	用于声明任意低精度的数据，例如颜色、数值区间[0，1]的变量
	TEXCOORDn 或者 COLORn 不特指UV和颜色，语义范围只包括但不限于此。

2.2 属性传递

属性传递的数据在整个shader中全局可用，可以理解为数据放在了GPU的显存中。

shader "Custom/e2"
{Properties{_Color ("Color Tint", Color) = (0.5,0.6,0.2,1.0)}SubShader{Pass {CGPROGRAM//表示vert函数是顶点着色器代码#pragma vertex vert //表示fragment函数是片元着色器代码#pragma fragment frag//在CG代码中，我们需要定义一个与属性名称和类型都匹配的变量fixed4 _Color;//声明新的结构体包含顶点着色器需要的模型数据//a表示应用，v表示顶点着色器，a2v意思就是把数据从应用阶段传递到顶点着色器中struct a2v{// POSITION语义告诉Unity用模型空间的顶点坐标填充vertex变量float4 vertex : POSITION;// NORMAL语义告诉Unity，用模型空间的法线方向填充normal变量float3 normal : NORMAL;// TEXCOORD0语义告诉Unity，用模型的第一套纹理坐标填充texcoord变量float4 texcoord : TEXCOORD0;};//使用一个结构体来定义顶点着色器的输出struct v2f{// SV_POSITION语义告诉Unity，pos里面包含了顶点在裁剪空间中的位置信息float4 pos : SV_POSITION;// COLOR0语义可以用于储存颜色信息fixed3 color : COLOR0;};v2f vert(a2v v){v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.color = v.normal * 0.5 + fixed3(0.5, 0.5, 0.5);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{fixed3 c=i.color;c *= _Color.rgb;//返回一个颜色的fixed4类型变量return fixed4(c, 1.0);}ENDCG}}
}

上面文章的_Color 我们通过程序传入

这里有个注意点

properties块是给unity用的，这边传递的数据需要在SubShader中重新定义

转为对应的数据格式，相同的名字

比如

 Properties {    _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}SubShader{Pass{sampler2D _MainTex;float4 _MainTex_ST;}}
}

2.3 自定义数据传递

自定义参数传递，一般放在vert和frag之间

技巧也是通过语义进行参数传递

比如通过fixed3 color 传递一个参数到片元着色器，只是一个数据类型，可传入自己定义的数据。

3、顶点着色器

顶点着色器无法知道全局形状，而且必须要返回剪裁空间的坐标。

顶点着色器是逐顶点执行的，针对提交的每个顶点，执行一次顶点着色函数。顶点着色函数将顶点坐标进行 MVP 变换后得到的裁剪空间坐标作为返回值，提供给下一阶段的片元着色器。

1 顶点变换：对输入的顶点进行平移、旋转、缩放等变换操作，实现物体在场景中的移动和变形。

2 法向量计算：计算顶点的法向量，用于实现光照效果和阴影计算。

3 骨骼动画：根据动画控制器中的骨骼信息，对顶点进行骨骼权重计算，实现骨骼动画效果。

4 顶点着色：对顶点进行着色操作，实现多种渲染效果，如纹理贴图、颜色变换、光照模型等。

5:顶点剪裁：根据相机视锥体的位置和方向，对顶点进行剪裁操作，去除不可见的部分，提高渲染效率。

6:粒子系统：对粒子的位置、大小、颜色等进行计算和变换，实现粒子效果。

7: 其他：顶点着色器还可以实现其他一些高级的计算和变换操作，如几何变形、光线追踪等。

顶点着色器可以实现多种复杂的变换和计算操作，从而实现丰富的渲染效果。开发者可以根据自己的需求，编写相应的顶点着色器函数，实现自定义的渲染效果。