Shader预处理宏、内置状态变量、多版本编译等
预定义shader预处理宏:
Target platform:
SHADER_API_OPENGL - desktop OpenGL
SHADER_API_D3D9 - Direct3D
SHADER_API_XBOX360 - Xbox
SHADER_API_PS3 - PlayStation
SHADER_API_D3D11 - desktop Direct3D
SHADER_API_GLES - OpenGL ES 2.0 (desktop or mobile), use presence of SHADER_API_MOBILE to determine.
SHADER_API_FLASH - Flash Stage3D
SHADER_API_D3D11_9X - Direct3D target for Windows RT
Surface shader pass indicators:
UNITY_PASS_FORWARDBASE - 前向渲染的base pass(主方向光、lightmaps、SH)
UNITY_PASS_FORWARDADD - 前向渲染的add pass(没盏灯一个pass)
UNITY_PASS_PREPASSBASE - 延迟渲染base pass(renders normals & specular exponent).
UNITY_PASS_PREPASSFINAL - 延迟渲染final pass (applies lighting & textures).
UNITY_PASS_SHADOWCASTER - 阴影投射渲染pass.
UNITY_PASS_SHADOWCOLLECTOR - 阴影手机pass for directional light shadows.
内置全局状态变量:
内置的矩阵:
UNITY_MATRIX_MVP float4x4 Current model * view * projection matrix.
UNITY_MATRIX_MV float4x4 Current model * view matrix.
UNITY_MATRIX_V float4x4 Current view matrix.
UNITY_MATRIX_P float4x4 Current projection matrix.
UNITY_MATRIX_VP float4x4 Current view * projection matrix.
UNITY_MATRIX_T_MV float4x4 Transpose of model * view matrix.
UNITY_MATRIX_IT_MV float4x4 Inverse transpose of model * view matrix.
UNITY_MATRIX_TEXTURE0 to UNITY_MATRIX_TEXTURE3 float4x4 Texture transformation matrices.
_Object2World float4x4 Current model matrix.
_World2Object float4x4 Inverse of current world matrix.
_WorldSpaceCameraPos float3 World space position of the camera.
unity_Scale float4 xyz components unused; w contains scale for uniformly scaled objects.
内置的向量:
UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT: Current ambient color.
光照相关的:
_ModelLightColor float4 Material’s Main * Light color
_SpecularLightColor float4 Material’s Specular * Light color
_ObjectSpaceLightPos float4 Light’s position in object space. w component is for directional lights, for other lights
_Light2World float4x4 Light to World space matrix
_World2Light float4x4 World to Light space matrix
_Object2Light float4x4 Object to Light space matrix
变量:
_Time float4 Time (t/, t, t*, t*), use to animate things inside the shaders.
_SinTime float4 Sine of time: (t/, t/, t/, t).
_CosTime float4 Cosine of time: (t/, t/, t/, t).
unity_DeltaTime float4 Delta time: (dt, /dt, smoothDt, /smoothDt).
_ProjectionParams float4 x is 1.0 (or –1.0 if currently rendering with a flipped projection matrix), y is the camera’s near plane, z is the camera’s far plane and w is /FarPlane.
_ScreenParams float4 x is the current render target width in pixels, y is the current render target height in pixels, z is 1.0 + 1.0/width and w is 1.0 + 1.0/height.
内置光照参数:
对于不同的Rendering Path和Pass Tag,可以使用的光照参数是不一样的。(当然所有参数你都可以在shader中使用,但并不能保证其一定会存储有效的值)。
Forward rendering(ForwardBase和PorwardAdd标记的pass)支持的变量:
LightColor0 (declared in Lighting.cginc) | fixed4 |Light color. | |WorldSpaceLightPos0 float4 Directional lights: (world space direction, ). Other lights: (world space position, ).
_LightMatrix0 (declared in AutoLight.cginc) float4x4 World-to-light matrix. Used to sample cookie & attenuation textures.
unity_4LightPosX0, unity_4LightPosY0, unity_4LightPosZ0 float4 (ForwardBase pass only) world space positions of first four non-important point lights.
unity_4LightAtten0 float4 (ForwardBase pass only) attenuation factors of first four non-important point lights.
unity_LightColor half4[] (ForwardBase pass only) colors of of first four non-important point lights.
说明:
(1)_LightColor0在ForwardBass里面表示:主光,一定是Pixel(Important)、Directional光源,没有的话则改值不可用;
(2)_LightColor0在ForwardAdd里面表示:当前执行的ForwardAdd的pixel光;
_WorldSpaceLightPos0的意义和_LightColor类似,也是在Base里表示主光,Add里表示像素光。
(3)unity_LightColor是距离物体最近的4个point光,也就是说同一个场景中每个物体的这4个光不一样,注意这4个point光的选择非常有意思;
(a)当shader中没有ForwardAdd Pass的时候,unity_LightColor记录了4盏vertex point光源,无视pixel光;
(b)当shader中包含ForwardAdd Pass的时候,unity_LightColor记录了4盏point光源,pixel比vertex优先。
(4)如果场景中有多个pixel光,则对每一个物体,所有的非主光的pixel光都会执行一遍ForwardAdd Pass,按照强度大小、平行光优先的顺序来执行;
(5)不要在ForwardAdd Pass里面使用unity4LightPosX/Y/Z等数据,因为它们就是给ForwardBase Pass使用的,而且如果其中有pixel光,它们本身就会对ForwardAdd执行一遍;
(6)可以使用Shade4PointLights函数在ForwardBase中计算Vertex光源的照明。
Deferred shading:
LightColor | float4 | Light color. | |LightMatrix0 float4x4 World-to-light matrix. Used to sample cookie & attenuation textures.
Vertex-lit rendering(Vertex标记的pass):
顶点光照可以使用最多8盏光源,这些光源按照亮度排序,按顺序存储在一下这些数据结构中,如果光源数量少于8,那么多出来的都将黑色:
unity_LightColor half4[] Light colors.
unity_LightPosition float4[] View-space light positions. (-direction,) for directional lights; (position,) for point/spot lights.
unity_LightAtten half4[] Light attenuation factors. x is cos(spotAngle/) or – for non-spot lights; y is /cos(spotAngle/) or for non-spot lights; z is quadratic attenuation; w is squared light range.
unity_SpotDirection float4[] View-space spot light positions; (,,,) for non-spot lights.
说明:
(1)_LightColor0表示unity_LightColor[0]
(2)unity_LightPosition是MV空间中的位置
(3)逐顶点光照函数float4 ShadeVertexLights(float4 vertex, float3 normal)
注意:
(1)_LightColor0变量不代表某个具体含义,它在不同的Render Path和Pass里面是有不同的意义的
(2)ShaderLab里面的内置变量是不会及时清理的,这是Unity处于性能方面的考虑,因为在CPU和GPU之间频繁传递数据是很耗资源的
Fog和Ambient环境光信息:
UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT fixed4 Ambient lighting color (Equator ambient in three-color lighting case).
unity_AmbientSky fixed4 Sky ambient lighting color in three-color lighting case.
unity_AmbientGround fixed4 Ground ambient lighting color in three-color lighting case.
unity_FogColor fixed4 Fog color.
unity_FogParams float4 Parameters for fog calculation: (density / sqrt(ln()), density / ln(), –/(end-start), end/(end-start)). x is useful for Exp2 fog mode, y for Exp mode, z and w for Linear mode.
使用multi_compile编译Shader的多个版本:
有时候我们希望保留一个shader的大多数实现,而只是做一些细节的修改,此时我们就可以通过该方式来生成shader的多个版本,然后在代码中控制使用哪个版本。
命令:
#pragma multi_compile FANCY_STUFF_OFF FANCY_STUFF_ON
控制:
Material.EnableKeyword(keyword: string)/DisableKeyword(keyword: string)
Shader.EnableKeyword(keyword: string)/DisableKeyword(keyword: string)
在shader中根据定义好的关键字处理具体显示方案:
float4 frag(vertOut i):COLOR
{
float4 c = float4(, , , );
#ifdef MY_multi_1
c = float4(, , , );
#endif
#ifdef MY_multi_2
c = float4(, , , );
#endif
return c;
}
注意不要在shader中大量使用此命令,因为关键字的个数是有上限的,而多条multi_complie会交叉匹配产生很多种结果。
GLSL shader编程
在Shader中,除了Cg/HLSL以外,GLSL(OpenGL Shading Languate)也可以直接使用。
一般不建议使用GLSL,除非你确定你的目标平台只有Max OS X或兼容OpenGL ES 2.0的移动设备。
Unity默认都会将Cg/HLSL交叉编译出优化过得GLSL,以此来支持多平台。在desktop平台下可以通过打开#pragma glsl选项来支持。
平台特性相关的渲染差异:
Unity封装了大多数的平台问题,但有些时候还是需要自己处理一下的。
纹理坐标:
Direct3D里面是左上角为原点;
OpenGL和OpenGL ES是左下角为原点。
多数时候都ok,除了在Render To Texture时。但是在RTT时,Unity对于D3D平台会自动将渲染的贴图上下翻转一下,以此隐藏了各平台的差异。
D3D平台下,有一种情况不需要Unity自动翻转渲染贴图,那就是使用Image Effects和Anti-Aliasing时,因为直接渲染到Screen了,
需要手动处理的情况:但同时使用screen texture和RenderTexture时,有可能会得到不一致的坐标朝向,此时就需要在shader里面通过代码处理了:
// On D3D when AA is used, the main texture and scene depth texture
// will come out in different vertical orientations.
// So flip sampling of the texture when that is the case (main texture
// texel size will have negative Y). #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
if (_MainTex_TexelSize.y < )
uv.y = -uv.y; #endif
AlphaTest:
在OpenGL ES 2.0和Direct3D 11中,没有alpha testing的固定函数。所以在编写programmable shader时,建议在pixel shader中使用CG/HLSL clip()函数来替代。
D3D 11 shader编译器比较挑剔:
D3D 9和OpenGL使用NVIDIA的Cg来编译shader,但D3D 11使用微软的HLSL来编译,此时就会产生一些差异化。
OpenGL ES 2.0只支持部分GLSL原生的东西,所以Unity实现了一些内置的参数,让其以OpenGL的方式工作,但是也有一些参数是没有的。
_WorldSpaceLightPos0:
在UnityCG.cginc里,提供了获取世界空间下的光照方向的函数
// Computes world space light direction
inline float3 WorldSpaceLightDir( in float4 v )
{
float3 worldPos = mul(_Object2World, v).xyz;
#ifndef USING_LIGHT_MULTI_COMPILE
return _WorldSpaceLightPos0.xyz - worldPos * _WorldSpaceLightPos0.w;
#else
#ifndef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
return _WorldSpaceLightPos0.xyz - worldPos;
#else
return _WorldSpaceLightPos0.xyz;
#endif
#endif
}
其中,由于平行光的方向不随顶点位置发生变化,因此直接使用_WorldSpaceLightPos0.xyz即可,此时里面存储的其实就是平行光的方向,而非位置。同时,
_WorldSpaceLightPos0.w可以表明该光源的类型,如果为0表示是平行光,为1表示是点光源或者聚光灯光源。
TANGENT_SPACE_ROTATION:
创建一个正切空间的旋转矩阵,TANGENT_SPACE_ROTATION由下面两行组成
等同于如下两行代码:
float3 binormal = cross( v.normal, v.tangent.xyz ) * v.tangent.w;
float3x3 rotation = float3x3( v.tangent.xyz, binormal, v.normal );
CSDN博客:http://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/47284289
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