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Unity Shader 参考文档 - 第一部分

发表于
作者 晓
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Unity Shader 参考文档 - 第一部分

Semantics（语义）

应用程序到顶点着色器的数据（appdata）

语义描述
​float4 vertex : POSITION;​顶点的本地坐标
​uint vid : SV_VertexID;​顶点的索引ID
​float3 normal : NORMAL;​顶点的法线信息
​float4 tangent : TANGENT;​顶点的切线信息
​float4 texcoord : TEXCOORD0;​顶点的UV1信息
​float4 texcoord1 : TEXCOORD1;​顶点的UV2信息
​float4 texcoord2 : TEXCOORD2;​顶点的UV3信息
​float4 texcoord3 : TEXCOORD3;​顶点的UV4信息
​fixed4 color : COLOR;​顶点的顶点色信息

顶点着色器到片断着色器的数据 (v2f)

语义描述
​float4 pos:SV_POSITION;​顶点的齐次裁剪空间下的坐标，默认情况下用POSITION也可以(PS4下不支持)，但是为了支持所有平台，所以最好使用SV_POSITION
​TEXCOORD0~N​例如TEXCOORD0、TEXCOORD1、TEXCOORD2…等等
​COLOR0~N​例如COLOR0、COLOR1、COLOR2…等等，主要用于低精度数据，由于平台适配问题，不建议在v2f中使用COLORn
​float face:VFACE​如果渲染表面朝向摄像机，则Face节点输出正值1，如果远离摄像机，则输出负值-1
​UNITY_VPOS_TYPE screenPos : VPOS​当前片断在屏幕上的位置(单位是像素,可除以_ScreenParams.xy来做归一化)，此功能仅支持#pragma target 3.0及以上编译指令
​uint vid : SV_VertexID​顶点着色器可以接收具有”顶点编号”作为无符号整数的变量，当需要从纹理或ComputeBuffers中获取额外的顶点数据时比较有用，此语义仅支持#pragma target 3.5及以上

注意事项：

  • OpenGL ES2.0支持最多8个
  • OpenGL ES3.0支持最多16个

片断着色器输出的数据（fragOutput）

语义描述
​fixed4 color : SV_Target;​默认RenderTarget，也是默认输出的屏幕上的颜色，同时支持SV_Target1、SV_Target2…等等
​fixed depth : SV_Depth;​通过在片断着色器中输出SV_DEPTH语义可以更改像素的深度值，注意此功能相对会消耗性能，在没有特别需求的情况下尽量不要用

Properties（属性）

基础属性类型

属性描述
​_Int("Int", Int) = 1​类型：整型
Cg/HLSL：int
取决于在Cg/HLSL中是用float还是int来声明的，如果定义为float则实际使用的就是浮点数，定义为int会被识别为int类型（去小数点直接取整）
​_Float ("Float", Float ) = 0​类型：浮点数值
Cg/HLSL：可根据需要定义不同的浮点精度
• float：32位精度，常用于世界坐标位置以及UV坐标
• half：16位精度，范围[-6W,6W]，常用于本地坐标位置,方向等
• fixed：11位精度，范围[-2,2]，1/265的小数精度，常用于纹理与颜色等低精度的情况
​_Slider ("Slider", Range(0, 1)) = 0​类型：数值滑动条
本身还是Float类型，只是通过Range(min,max)来控制滑动条的最小值与最大值
​_Color("Color", Color) = (1,1,1,1)​类型：颜色属性
Cg/HLSL：float4/half4/fixed4
​_Vector ("Vector", Vector) = (0,0,0,0)​类型：四维向量
在Properties中无法定义二维或者三维向量，只能定义四维向量

纹理属性

属性描述
​_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}​类型：2D纹理
Cg/HLSL：sampler2D/sampler2D_half/sampler2D_float
默认值有white、black、gray、bump以及空，空就是white
​_MainTexArray ("TextureArray", 2DArray) = "white" {}​类型：2D纹理数组
TEXTURE2D_ARRAY(_MainTexArray); SAMPLER(sampler_MainTexArray);
SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY(_MainTexArry, sampler_MainTexArry, i.uv,_Index);
默认值有white、black、gray、bump以及空，空就是white
仅支持DX10、OpenGL3.0、Metal及以上版本
​_MainTex3D ("Texture", 3D) = "white" {}​类型：3D纹理
Cg/HLSL：sampler3D/sampler3D_half/sampler3D_float
​_MainCube ("Texture", Cube) = "white" {}​类型：立方体纹理
Cg/HLSL：samplerCUBE/samplerCUBE_half/samplerCUBE_float
​_MainTex ("Texture", Any) = "white" {}​类型：通用纹理
支持2D、3D、Cube

Attributes（属性修饰符）

修饰符描述
​[Header(xxx)]​用于在材质面板中当前属性的上方显示标题xxx，注意只支持英文、数字、空格以及下划线
​[HideInInspector]​在材质面板中隐藏此条属性，在不希望暴露某条属性时可以快速将其隐藏
​[Space(n)]​使材质面板属性之前有间隔，n为间隔的数值大小
​[HDR]​标记为属性为高动态范围
​[PowerSlider(3)]​滑条曲率，必须加在range属性前面，用于控制滑动的数值比例
​[IntRange]​必须使用在Range属性之上，以使在材质面板中滑动时只能生成整数
​[Toggle]​开关，加在数值类型前，可使材质面板中的数值变成开关，0是关，1是开
​[ToggleOff]​与Toggle相当，0是开，1是关
​[Enum(Off, 0, On, 1)]​数值枚举，可直接在cg中使用此关键字来替代数字，最多可定义7个，超出后无法以下拉列表框的形式展现
​[KeywordEnum (Enum0, Enum1, Enum2, Enum3, Enum4, Enum5, Enum6, Enum7, Enum8)]​关键字枚举，需要#pragma multi_compile _XXX_ENUM0 _XXX_ENUM1 …来依次声明变体关键字，XXX为这条属性中声明的变量名，在cg/hlsl中可以通过#​if #elif #endif分别做判断
​[Enum (UnityEngine.Rendering.CullMode)]​内置枚举，可在Enum()内直接调用Unity内部的枚举
​[NoScaleOffset]​只能加在纹理属性前，使其隐藏材质面板中的Tiling和Offset
​[Normal]​只能加在纹理属性前，标记此纹理是用来接收法线贴图的，当用户指定了非法线的纹理时会在材质面板上进行警告提示
​[Gamma]​Float和Vector属性默认情况下不会进行颜色空间转换，可以通过添加[Gamma]来指明此属性为sRGB值
​[PerRendererData]​标记当前属性将以材质属性块的形式来自于每个渲染器数据
​[MainTexture]​标记当前纹理为主纹理，便于C#通过Material.mainTexture调用
​[MainColor]​标记当前颜色为主颜色，便于C#通过Material.color调用

Math（数学运算）

基础数学函数

函数描述
​abs(x)​取绝对值，即正值返回正值，负值返回的还是正值，x值也可以为向量
​acos(x)​反余弦函数，输入参数范围为[-1, 1]，返回[0, π] 区间的弧度值
​asin(x)​返回x的反正弦值，范围为(-π/2,π/2)
​atan(x)​返回x的反正切值，范围为(-π/2,π/2)，表示弧度
​atan2(y,x)​返回y/x的反正切值
​ceil(x)​对x进行向上取整，即x=0.1返回1，x=1.5返回2，x=-0.3返回0
​clamp(x,a,b)​如果x值小于a，则返回a；如果x值大于b，返回b；否则返回x
​cos(x)​返回弧度x的余弦值，范围在[-1,1]之间
​cosh(x)​双曲余弦函数
​degrees(x)​将x从弧度转换成角度
​exp(x)​计算e的x次方，e = 2.71828182845904523536
​exp2(x)​计算2的x次方
​floor(x)​对x值进行向下取整(去尾求整)
​fmod(x,y)​返回x/y的余数。如果y为0，结果不可预料，注意！如果x为负值，返回的结果也是负值！
​frac(x)​返回x的小数部分
​log(x)​返回x的自然对数
​log2(x)​返回以2为底的自然对数
​log10(x)​返回以10为底的自然对数
​max(a,b)​比较两个标量或等长向量元素，返回最大值
​min(a,b)​比较两个标量或等长向量元素，返回最小值
​pow(x,y)​返回x的y次方
​round(x)​返回x四舍五入的值
​saturate(x)​如果x<0返回0，如果x>1返回1，否则返回x
​sin(x)​返回弧度x的正弦值，范围在[-1,1]之间
​sinh(x)​双曲正弦函数
​sqrt(x)​返回x的平方根
​tan(x)​返回x的正切值

向量运算

函数描述  
​all(a)​当a或a的所有分量都为true或者非0时返回1(true)，否则返回0(false)  
​any(a)​如果a=0或者a中的所有分量为0，则返回0(false)；否则返回1(true)  
​cross(a,b)​返回两个三维向量a与b的叉积  
​dot(a,b)​点乘，a和b可以为标量也可以为向量，其计算结果是两个向量夹角的余弦值，相当于|a| *b* cos(θ)或者a.xb.x+a.yb.y+a.z*b.z
​distance(a,b)​返回a,b间的距离  
​length(v)​返回一个向量的模，即 sqrt(dot(v,v))  
​normalize(v)​返回一个向量的归一化版本(方向一样，但是模为1)  
​reflect(I, N)​根据入射光方向向量I，和顶点法向量N，计算反射光方向向量  
​refract(I,N,eta)​计算折射向量，I为入射光线，N为法向量，eta为折射系数  

插值和步进函数

函数描述
​lerp(A,B,alpha)​线性插值。如果alpha=0，则返回A；如果alpha=1，则返回B；否则返回A与B的混合值
​smoothstep(min,max,x)​平滑插值，如果x比min小，返回0；如果x比max大，返回1；如果x处于范围[min，max]中，则返回0和1之间的值
​step(a,b)​如果a<=b返回1，否则返回0

导数函数

函数描述
​ddx(v)​当前像素右边的v值-当前像素的v值(水平方向的差值)
​ddy(v)​当前像素下边的v值-当前像素的v值(垂直方向的差值)
​fwidth(v)​当前像素与它右边及下边像素的差值，abs(ddx(v)) + abs(ddy(v))

纹理采样

内置渲染管线

函数描述
​tex1D(samper1D tex,float s)​一维纹理采样
​tex2D(samper2D tex,float2 s)​二维纹理采样
​tex2Dlod(samper2D tex,float4 s)​二维纹理采样，s.w表示采样的是mipmap的几级，仅在ES3.0以上支持
​tex2DProj(samper2D tex,float4 s)​二维投影纹理采样，uv使用s.xy/s.w
​texCUBE(samperCUBE tex,float3 s)​立方体纹理采样
​tex3D(samper3D tex,float3 s)​3D纹理采样，uv使用xyz

URP渲染管线

函数描述
​TEXTURE2D(textureName);​二维纹理的定义(纹理与采样器分离定义)
​TEXTURECUBE(textureName);​立方体纹理的定义(纹理与采样器分离定义)
​SAMPLER(samplerName);​采样器的定义(纹理与采样器分离定义)
​SAMPLE_TEXTURE2D(textureName, samplerName, coord);​进行二维纹理采样操作
​SAMPLE_TEXTURE2D_LOD(textureName, samplerName, coord,lod);​进行二维纹理采样操作
​SAMPLE_TEXTURE2D_BIAS(textureName, samplerName, coord,bias);​对mipmap进行偏移后再采样纹理
​SAMPLE_TEXTURECUBE(textureName, samplerName, coord);​进行立方体纹理采样操作
​SAMPLE_TEXTURECUBE_LOD(textureName, samplerName, coord,lod);​进行立方体纹理采样操作
​SAMPLE_TEXTURE3D(textureName, samplerName, coord);​进行3D纹理采样操作

纹理数组采样（URP）

函数描述
​TEXTURE2D_ARRAY(textureName);​纹理数组的定义
​SAMPLER(sampler_samplerName);​纹理数组的采样器定义
​SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY(textureName, samplerName, coord2, index);​纹理数组采样

常用指令

指令描述
​mov dest, src1​dest = src1
​add dest, src1, src2​dest = src1 + src2
​mul dest, src1, src2​dest = src1 * src2
​div dest, src1, src2​dest = src1 / src2
​mad dest, src1, src2, src3​dest = src1 * src2 + src3
​dp2 dest, src1, src2​(src1.x * src2.x) + (src1.y * src2.y)
​dp3 dest, src1, src2​(src1.x * src2.x) + (src1.y * src2.y) + (src1.z * src2.z)
​dp4 dest, src1, src2​(src1.x * src2.x) + (src1.y * src2.y) + (src1.z * src2.z) + (src1.w * src2.w)
​rsq dest, src1​rsqrt(src1) 对src1进行平方根的倒数
shader unity
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