Shader 语义

在书写HLSL shader程序时，输入和输出变量需要拥有他们含义来表明语义。这在HLSL shader中是一个标准的做法。

Vertex shader 输入语义

主顶点着色器函数(被指令 #pragma vertex 标记)需要在所有的输入参数中加上语义。这些对应于单个网格数据元素，比如顶点位置，网格法线，还有贴图坐标等。简单例子如下：

Shader "Unlit/Show UVs"
{
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            struct v2f {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 pos : SV_POSITION;
            };

            v2f vert (
                float4 vertex : POSITION, // vertex position input
                float2 uv : TEXCOORD0 // first texture coordinate input
                )
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(vertex);
                o.uv = uv;
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                return fixed4(i.uv, 0, 0);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

Fragment shader 输出语义

大多数情况下，片段着色器输出一个额颜色，并且含有 SV_Target语义。就比如：

fixed4 frag(v2f i): SV_Target

函数 frag 有一个返回类型为 fixed4 的值。因为它只会返回一个值，那么语义就可以直接定义在函数上。

当然，输出返回一个结构体也是可以的。上面的片段着色器可以被重写为下面这个样子，并且他们的功能一致：

struct fragOutput
{
    fixed4 color : SV_Target;
};

fragOutput frag(v2f i)
{
    fragOutput o;
    o.color = fixed4(i.uv,0,0);
    return o;
}

从片段着色器中返回结构体，对于那些不单单返回一个颜色的着色器非常有用。支持片段着色器输出的额外的语义如下：

SV_TargetN: 多个渲染目标

　　SV_Target1，SV_Target2等等：这些是shader输出的额外的颜色。这种做法在一次性渲染多个目标时使用（也叫作多重渲染目标渲染技术，MRT）。当然，SV_Target0 就等于SV_Target

SV_Depth：像素着色器深度输出

　　通常情况，片段着色器不会覆写 Z 缓冲区的值，在三角形光栅化阶段，一般都用的是默认值。然而，对于一些特效，对每个像素使用自己的z缓冲区值是非常有帮助的。

　　注意在许多GPU上，深度缓冲优化是关闭了的，所以在没有必须的理由时，最好不要重写深度缓冲区的值。由 SV_Depth 引发的性能消耗根据GPU架构不同而不同，但是总体上来说这个消耗与alpha 测试相当。

Vertex shader 输出和 fragment shader 输入

一个vertex shader需要输出一个顶点的最终剪切空间坐标，这样GPU才知道在屏幕上的哪个地方、多少深度来光栅化它，这个输出需要有 SV_POSITION 语义，而且它的类型是一个 float4类型的数据。

vertex shader产生的任何其他输出都是你特殊着色器所需要的。从顶点着色器输出的值将被用来渲染三角形面，并且每个像素的值将被会作为输入数据传给片段着色器。

许多现代的GPU不需要真正关心这些变量有哪些语义；然而一些老系统却是需要一些特别的语义：

　　TEXCOORD0，TEXCOORD1等等用来表明任意高精度数据，比如坐标或者位置。

　　COLOR0，COLOR1 语义在顶点着色器输出和片段着色器输入中代表低精度，0-1范围内的数据。

为了最好的跨平台支持，在顶点着色器的输出与片段说色器的输入中，最好打上 TEXCOORDn语义标签。

插入器数量限制

将信息从顶点着色器传递到片段着色器中时，插入器变量可以使用的总量有着数量限制。限制数量与平台和GPU有关：

最高8个：OpenGL ES 2.0 (iOS/Android), Direct3D 11 9.x level (Windows Phone) and Direct3 9 shader model 2.0 (old PCs).虽然插入器数量被限制了，但是每个插入器可以是一个4分量的向量，一些着色器将数据打包到一起来不超过限制。比如，两个贴图坐标可以被一个float4变量传递。
最高10个：Direct3D 9 shader model 3.0 (#pragma target 3.0).
最高16个：OpenGL ES 3.0 (iOS/Android), Metal (iOS).
最高32个：Direct3D 10 shader model 4.0 (#pragma target 4.0).

为了性能着想，不管你是啥平台，最好都尽量使用更低数量的插入器。

其它特别的语义

Screen space pixel position：VPOS

一个片段着色器可以接受一个作为特别 VPOS语义呈现的像素的位置。这个特性只有在以 model 3.0开头的着色器中才存在。所以着色器需要编译指令：#pragma target 3.0

在不同的平台，屏幕空间位置的输入在底层上是不同的，所以为了最大限度的可移植性，在使用屏幕空间位置时，使用 UNITY_VPOS_TYPE标签。（大多数情况为float4，但是在D3D9 为float2）。

此外，使用像素位置语义让在一个顶点到片段的结构体同时拥有剪切空间位置（SV_POSITION）和VPOS（屏幕空间位置）变得困难。所以顶点着色器需要将剪切空间位置（SV_POSITION）作为一个单独的输出变量。请看下面的例子：

Shader "Unlit/Screen Position"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma target 3.0

            // note: no SV_POSITION in this struct
            struct v2f {
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            v2f vert (
                float4 vertex : POSITION, // vertex position input
                float2 uv : TEXCOORD0, // texture coordinate input
                out float4 outpos : SV_POSITION // clip space position output
                )
            {
                v2f o;
                o.uv = uv;
                outpos = UnityObjectToClipPos(vertex);
                return o;
            }

            sampler2D _MainTex;

            fixed4 frag (v2f i, UNITY_VPOS_TYPE screenPos : VPOS) : SV_Target
            {
                // screenPos.xy will contain pixel integer coordinates.
                // use them to implement a checkerboard pattern that skips rendering
                // 4x4 blocks of pixels

                // checker value will be negative for 4x4 blocks of pixels
                // in a checkerboard pattern
                screenPos.xy = floor(screenPos.xy * 0.25) * 0.5;
                float checker = -frac(screenPos.r + screenPos.g);

                // clip HLSL instruction stops rendering a pixel if value is negative
                clip(checker);

                // for pixels that were kept, read the texture and output it
                fixed4 c = tex2D (_MainTex, i.uv);
                return c;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

Face Orientation：VFACE

片段着色器可以接受一个变量，这个变量表明当前渲染的表面是否面对着摄像机，或者背对着摄像机。这一点在渲染那些两面都可以被看到的几何体时非常有用-比如渲染叶子。语义 VFACE修饰的输入变量将会包含一个正值表明正对着的三角形，一个负数来表明背对这的三角形。

这个特性只有在 model 3.0 的着色器中才有，所以着色器必须包含编译指令： #pragma target 3.0，例子如下：

Shader "Unlit/Face Orientation"
{
    Properties
    {
        _ColorFront ("Front Color", Color) = (1,0.7,0.7,1)
        _ColorBack ("Back Color", Color) = (0.7,1,0.7,1)
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            Cull Off // turn off backface culling

            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma target 3.0

            float4 vert (float4 vertex : POSITION) : SV_POSITION
            {
                return UnityObjectToClipPos(vertex);
            }

            fixed4 _ColorFront;
            fixed4 _ColorBack;

            fixed4 frag (fixed facing : VFACE) : SV_Target
            {
                // VFACE input positive for frontbaces,
                // negative for backfaces. Output one
                // of the two colors depending on that.
                return facing > 0 ? _ColorFront : _ColorBack;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

Vertex ID: SV_VertexID

顶点着色器可以接收一个具有顶点数作为无符号整数的变量。当你想从贴图或者计算缓冲区中拿到额外的每个顶点数据时，这样就非常有用。

这个特性只有在DX10 和GLCore/OpenGL ES 3中才支持，所以需要引入编译指令 #pragma target 3.5，例子如下：

Shader "Unlit/VertexID"
{
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma target 3.5

            struct v2f {
                fixed4 color : TEXCOORD0;
                float4 pos : SV_POSITION;
            };

            v2f vert (
                float4 vertex : POSITION, // vertex position input
                uint vid : SV_VertexID // vertex ID, needs to be uint
                )
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(vertex);
                // output funky colors based on vertex ID
                float f = (float)vid;
                o.color = half4(sin(f/10),sin(f/100),sin(f/1000),0) * 0.5 + 0.5;
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                return i.color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

posted @ 2018-02-21 14:26 gameDesigner 阅读(2262) 评论(0) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部

gameDesigner

Shader 语义

公告