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CG基础语法

发表于 更新于 分类于

前言

紧接前面的 Shader 基础框架 和 CG的基本数据类型。这里要讲解基本的CG编写语法，包括函数的声明，定义。

变量的声明

在 CGPROGRAM 中我们想要使用 Properties 中的属性来进行运算等操作，一般只需要使得变量名与属性相同即可，但是也要确保数据类型的相对应。

示例：

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Properties{
    _Color("Color",Color)=(1,1,1,1)
    _Vector("Vector",Vector)=(1,2,3,4)
    _Int("Int",Int) = 20
    _Float("Float",Float) = 2.5
    _Rangle("Rangle",Range(10,22)) = 11.5
    
    _2D("Texture",2D) = "red"{} 
    _Cube("Cube",Cube) = "white"{}
    _3D("3D",3D) ="blue"{}
}

// subShader
SubShader{
	pass{
		CGPROGRAM
        fixed4 _Color;
        float4 _Vector;
        float _Int;			// 也可以是 int _Int;
        float _Float;
        float _Rangle;
        
        sampler2D _2D;
        samplerCUBE _Cube;
        sampler3D _3D;
		ENDCG
	}
}

可见大部分的值类型属性都可以使用 float 来声明。

函数的声明和定义

函数的定义与 C语言 定义完全相同。而这里要说的是比较特殊的 Vertex 函数 和 Fragment 函数的声明。

一般比较完整的 shader，我们需用声明 Vertex/Fragment 来作为渲染 顶点和片元 的入口函数。

例如：

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#pragma vertex myvert  // 声明 myvert 为 shader 顶点函数入口
#pragma fragment frag  // 声明 frag 为 shader 片元函数入口

// 顶点函数
void myvert(){}
// 片元函数
fixed4 frag(){
	return fixed4(0.7,0.5,1,1);
}

语义的使用

往往顶点/片元函数要搭配语义来使用。
语义一般在函数的参数与返回中使用。

如：

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#pragma vertex myvert
// 传递一个 float4 类型参数
float4 myvert(float4 v){

}

  • 而作为顶点 shader 入口，我们希望传入模型的顶点作为参数。这里就可以使用参数的语义 POSITION 。

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    // 由系统传入（或者说是从系统中获取到顶点坐标）顶点坐标向量
    float4 myvert(float4 v : POSITION){

    }

  • 而我们的返回的值（剪裁空间坐标系的顶点向量）要告诉给系统，才能被渲染出来，因此可以给函数增加语义 SV_POSITION 。

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float4 myvert(float v:POSITION):SV_POSITION{
	// 另一种运算函数 mul(UNITY_MATRIX_MVP,v) ,其中 UNITY_MATRIX_MVP 是Unity 提供的 模型坐标转换为剪裁平面坐标 的转换矩阵
	return UnityObjectToClipPos(v); // 将模型坐标转换为剪裁平面坐标
}

使用结构体

在 Shader CG编程基础数据类型 写了结构体的定义方法，一般来说，尽量不要在结构体中定义函数。

由上面的例子可以看出，有时候往往我们需要传入多个值，甚至需要返回多个值。这里就可以使用结构体。

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/**
* 结构体  application to Vertex  
* 模型空间到顶点空间
* 用来作为参数类型
*/
struct a2v{
    // 从系统获取顶点坐标
    float4 vertex:POSITION;
};
/**
* 作为返回值
*/
struct v2f{
	float4 position:SV_POSITION;
}

// 顶点函数
v2f vert(a2v v){
    v2f f;
    f.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    return f;
}
  • 可见，使用结构体后，函数的定义会变得十分清晰。
  • 在结构体中，必须所有的属性都要加上语义
  • 要注意 有些语义只能在特定的函数中使用。 例如 POSITION 只能在顶点函数中使用。

顶点函数和片元函数间的参数传递

有时候我们可能需要从顶点函数中获取到数据传递到片元函数中，这就涉及到顶点函数与片元函数的参数传递。

例子：

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struct a2v{
    // 从系统获取顶点坐标
    float4 vertex:POSITION;

    // 法线，方位可使用三维（法线只有方向）
    // 从系统获取法线方向
    float3 normal : NORMAL;

    //纹理坐标（坐标取值0-1）
    // 获取第1套纹理的坐标
    float4 texcoord: TEXCOORD0;
};

struct v2f{
    float4 position:SV_POSITION;
    // 用于传递顶点数据
    // 讲其数据放到 COLOR0中
    float3 temp : COLOR0;
};

// 顶点函数
v2f vert(a2v v){

    v2f f;
    f.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    // 将顶点的法线变量 复制给 v2f 中临时变量
    f.temp = v.normal;
    return f;
}
// 片元函数，将结构体a2v 中的法线变量，作为参数传递。  
fixed4 frag(v2f f):SV_Target{
    return fixed4(f.temp,1);
}
  • 这样就完成了两函数的参数传递。
  • 基本思路是使用一个 COLOR0 语义作为中间桥梁，COLOR0 是一个顶点颜色的存储空间。

结语

需要提一下的，shader 中必须要有一个入口，就像 C 语言的 main 函数，往往 vertex 与 fragment 必须两个同时具备。

着色程序分为顶点程序和片断程序，两者对应着图形流水线上的不同阶段，所以这两个程序都各有一个入口函数。