0x00 从函数出发

Shader 中的很多效果都是由函数计算得出的,如何更好地理解二者的关系呢。不妨先看看函数是什么?函数的定义可以简单地描述为:给定一个集合 A,对于其中的元素施加法则 f,则可以得到另一个集合 B。将这样的 A 和 B 中的元素的对应关系,反映到二维直角坐标系中,就可以得到一条关于 f 的曲线。比如,正弦函数 sin 的曲线。

那么,应当如何通过函数来得到想要的 Shader 效果?

我们都知道Shader 的中文翻译为着色器,Shader 的作用就是为屏幕中的每个像素着色。一段 Shader 程序的输入是位置信息,输出则是颜色信息。是不是很像函数中的映射关系:f(位置) = 颜色。

0x01 sin 的颜色

有了上面的表达式,稍加转变,我们就可以用 shader 来描述 sin 的颜色。在 shader 中,颜色是由一个四维浮点数向量 vec4 来表示的,分别表示 (r, g, b, a),取值范围为 0.0 到 1.0。为了展示一个完整的 sin 周期,可以对 sin 函数进行一些缩放和平移的操作,使其周期 T = 1.0:

float f = sin(x * PI_2) / 2.0 + 0.5;

同时,也需要将屏幕的像素坐标规范化,使其落在 0.0 到 1.0 之间。下面 st 的计算是一个很常用的操作,其中,gl_FragCoord 是像素的坐标,u_resolution 是画布的尺寸,两者相除可以将像素坐标规范化。

vec2 st = gl_FragCoord.xy / u_resolution;

最终代码:

#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endif #define PI_2 6.2831853 uniform vec2 u_resolution; // 绘制 y 和 x 对应关系的曲线
float plot(float y, float x) {
return smoothstep(x - 0.01, x, y) - smoothstep(x, x + 0.01, y);
} void main() {
vec2 st = gl_FragCoord.xy / u_resolution;
float f = sin(st.x * PI_2) / 2.0 + 0.5;
vec4 color = vec4(f);
float p = plot(st.y, f);
color = (1.0 - p) * color + p * vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
gl_FragColor = color;
}

最后得到的效果如下:

仔细观察从左到右的颜色变化,以及曲线的高度变化。不难发现,函数值越大的地方,颜色就越白,即,越接近白色的 rgba (1.0, 1.0, 1.0, 1.0);而函数值越小的地方,颜色就越黑,即,越接近黑色的 rgba (0.0, 0.0, 0.0, 0.0)。

这非常好理解,颜色 gl_FragColor 的每个分量就是根据函数的值来构造的。

0x02 sin 的形状

说完颜色,不妨再观察一下 sin 的曲线变化,是不是很像一座座高低起伏的山?只需对上面的代码稍加改造,就能得到几座连绵的绿色小山。

#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endif #define PI_2 6.2831853 uniform vec2 u_resolution;
uniform float u_time; void main() {
vec2 st = gl_FragCoord.xy / u_resolution;
// st.x += u_time / 2.0;
float f = sin(st.x * PI_2 * 2.0) / 8.0 + 0.2;
float p = 1.0 - smoothstep(f, f + 0.01, st.y);
vec4 color = p * vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
// color = p * vec4(0.1, 0.3, 0.4, 1.0);
gl_FragColor = color;
}

几座抽象的绿色小山,虽然看上去有点粗糙:

还可以取消上面代码中的注释,利用 u_time 值赋予画面一点动效,这样几座绿色的小山又变成波动的海浪。

0x04 理解练习掌握

本文仅谈论了最基本的 sin 函数,但也不难看出,sin 是一个强有力的造型工具。再结合另外两个工具:fract 和 dot,我们还能利用 sin 来绘制一幅简单的噪声图。

#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endif uniform vec2 u_resolution; float random(vec2 st) {
return fract(sin(dot(st.xy, vec2(12.9898, 78.233))) * 43758.5453123);
} void main() {
vec2 st = gl_FragCoord.xy/u_resolution.xy;
float rnd = random(st);
gl_FragColor = vec4(vec3(rnd),1.0);
}

噪声在图形学中有广泛的应用,比如,用来模拟一些不规则的动态表面:火焰、云、岩石等。

在 Shader 中需要时时刻刻与各种函数模型打交道,正是这些函数多样的造型能力以及它们之间的有机结合,实现了多种多样的 Shader 效果。

正确使用这些函数的能力,就是 Shader 的基本功。理解并不断地练习如何使用这些函数,是非常重要的。

Shader 001 - 函数造型能力的更多相关文章

  1. Book of Shaders 01 - 关于函数造型能力的理解

    0x00 从函数出发 Shader 中的很多效果都是由函数计算得出的,如何更好地理解二者的关系呢.不妨先看看函数是什么?函数的定义可以简单地描述为:给定一个集合 A,对于其中的元素施加法则 f,则可以 ...

  2. unity shader 常用函数列表

    此篇博客转自csdn的一位大牛. 中间排版出了一些问题 Intrinsic Functions (DirectX HLSL) The following table lists the intrins ...

  3. Shader的函数公式以及使用的场景

    Shader 是干什么的? 它的作用可以先简单理解为对屏幕上的物体,进行颜色处理. 而大家都知道,所有计算机,处理颜色的当然是显卡,也就是 GPU . 所以我们写 Shader 的目的就是告诉 GPU ...

  4. Unity3D -- shader常用函数和变量

    最近在学习Unity Shader,写Shader的时候总是忘记Unity为我们提供的函数.变量怎么写的,这里整理一下,方便自己查阅,也提供给网友,学习Shader不易. 1.函数 float3 Wo ...

  5. 渲染路径-surface shader 光照函数与渲染路径

    https://docs.unity3d.com/Manual/SL-SurfaceShaderLighting.html Lighting Model declaration Lighting mo ...

  6. CG Shader常用函数

    为了方便自己记忆,将常用的CG函数写于此 转载于 http://www.cppblog.com/lai3d/archive/2008/10/23/64889.html Name Syntax Desc ...

  7. Unity Shader常用函数,标签,指令,宏总结(持续更新)

    极端常用: UnityObjectToClipPos(v.vertex); 最基本的顶点变换,模型空间 ==>裁剪空间 mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex); 顶 ...

  8. Unity3D -- shader光照常用函数和变量

    上一篇记录了shader常用函数和变量,这篇记录一些光照计算时常用函数和变量 1.内置的光照变量 _LightColor0 float4 //该Pass处理的逐像素光源的颜色 _WorldSpaceL ...

  9. 匹夫细说C#:从园友留言到动手实现C#虚函数机制

    前言 上一篇文章匹夫通过CIL代码简析了一下C#函数调用的话题.虽然点击进来的童鞋并不如匹夫预料的那么多,但也还是有一些挺有质量的来自园友的回复.这不,就有一个园友提出了这样一个代码,这段代码如果被编 ...

随机推荐

  1. C#LeetCode刷题之#530-二叉搜索树的最小绝对差(Minimum Absolute Difference in BST)

    问题 该文章的最新版本已迁移至个人博客[比特飞],单击链接 https://www.byteflying.com/archives/4123 访问. 给定一个所有节点为非负值的二叉搜索树,求树中任意两 ...

  2. python设计模式之修饰器模式

    python设计模式之修饰器模式 无论何时我们想对一个对象添加额外的功能,都有下面这些不同的可选方法. [ ] 如果合理,可以直接将功能添加到对象所属的类(例如,添加一个新的方法) [ ] 使用组合 ...

  3. 日记——递归or搜索?

    好久没发博了,今天发一篇. 这两天学校功课比较紧,编程稍微放了放做题量. 抽空学了学深搜,感谢zah同学给我讲解dfs,浅显易懂,我很快就适应了. 做了几个基础题,没有想象中那么难(菜鸡BB,因为题简 ...

  4. Redis设计与实现——多机数据库的实现

    复制 旧版Redis的复制功能分为同步(sync)和命令传播两个操作. sync:是一个非常耗费资源的操作                                           命令传播 ...

  5. 一进“dos”就自动进入上次的目录

    这个原来在别的地方发过,但是后来发现有bug,处理windows下带有空格的长文件夹会出错.因为原来那个帖子已经不能编辑了,所以修改后写在这里. 这里的“dos”,就是windows下的命令行窗口,所 ...

  6. 利用C#实现OPC-UA服务端

    前言 最近接手了一个项目,做一个 OPC-UA 服务端?刚听到这个消息我是一脸懵,发自灵魂的三问“OPC-UA是什么?”.“要怎么做?”.“有什么用?”.我之前都是做互联网相关的东西,这种物联网的还真 ...

  7. 团队作业4:第一篇Scrum冲刺博客(歪瑞古德小队)

    目录 一.Alpha阶段任务认领 二.明日任务安排 三.项目预期任务量 四.敏捷开发前的感想 五.团队期望 Author:歪瑞古德小队 Project:海岛漂流 集合贴:团队作业4:项目冲刺集合贴(歪 ...

  8. Neurosurgeon: Collaborative Intelligence Between the Cloud and Mobile Edge

    郑重声明:原文参见标题,如有侵权,请联系作者,将会撤销发布! ASPLOS ’17, April 08-12, 2017, Xi’an, China Abstract 如今的智能个人助理,如Apple ...

  9. SVG的引入历程

    直接引入编辑器会报错 Google: typescript svg cannot find module找到 这个网址 我放到了 shims-vue.d.ts 里面 declare module &q ...

  10. Shell编程—sed和gawk

    1文本处理 1.1sed 编辑器 sed编辑器被称作流编辑器(stream editor),和普通的交互式文本编辑器恰好相反.在交互式文本编辑器中(比如vim),你可以用键盘命令来交互式地插入.删除或 ...