Shader入门（十七）语义Semantic
发表于2018-02-02
当在编写Cg或者HLSL着色器程序的时候，我们需要使用语义（Semantic）来指明输入输出变量的“意图”，考虑到有些初学者对语义Semantic不是很清楚，下面就给大家详细介绍下。
例如下面的这段Shader代码：
Shader "Custom/VF" ｛
Properties ｛
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" ｛｝
｝
SubShader ｛
Tags ｛ "RenderType"="Opaque" ｝
LOD 200
Pass ｛
Tags ｛ "LightMode" = "ForwardBase" ｝
CGPROGRAM
#pragma multi_compile_fwdbase
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
struct a2v ｛
float4 vertex : POSITION;
fixed3 normal : NORMAL;
fixed4 texcoord : TEXCOORD0;
fixed4 color : COLOR;
｝;
struct v2f ｛
float4 pos : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
｝;
v2f vert(a2v v) ｛
v2f o;
//Transform the vertex to projection space
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
//Get the UV coordinates
o.uv = TRANSFORM_TEX (v.texcoord, _MainTex);
return o;
｝
float4 frag(v2f i) : COLOR ｛
fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
return texColor;
｝
ENDCG
｝
｝
FallBack "Diffuse"
｝
其中a2v结构里变量后面用冒号隔开的就是语义。
a2v作为vert函数的输入，它里面所标识的语义用来告诉Unity我们需要什么样的数据。
此外，我们看到frag方法名的后面也添加了COLOR语义，这是告诉Unity，这个方法输出一个色彩值，然后Unity就可以把这个色彩值写入GPU。
你可能会注意到vert的输出frag的输入v2f结构里的变量也使用了语义。大部分语义是你可以随便使用的，为了方便vert和frag之间传递数据，但是有一个例外，就是:
float4 pos : POSITION;
这个必须声明为float4类型，并添加POSITION（或SV_Position，二者区别稍后会讲到）。因为GPU需要知道顶点转换到裁剪空间（参考Shader入门（十六）坐标空间与转换矩阵）的坐标，而这个坐标便是由vertex shader提供的。
Direct3D 10定义了一种新的语义类型，叫做系统数值语义（system-value semantics），它们都是以SV_打头。例如POSITION对应SV_POSITION，COLOR对应SV_Target，DEPTH对应SV_Depth（深度）。虽然对于开发者来讲，它们之间并没有什么明显的区别，但是平台之间的兼容性，却给我们带来了烦恼，例如XBox one就只支持SV语义，而Direct3D 9就不支持SV语义（所以还是windows自己家打起来了）。所以开发的时候还需要注意。
此外还有几个特殊的语义：
VPOS：屏幕像素坐标，用于片段着色器，需要添加#pragma target 3.0编译指令。
例如：
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
｝
｝
｝
因为对于大多数平台，VPOS语义修饰的屏幕坐标变量类型是float4，但是对于Direct3D9确实float2，所以要使用UNITY_VPOS_TYPE这个宏来作为screenPos的类型。
VFACE：被渲染的面是否朝向摄像机，用于片段着色器，需要添加#pragma target 3.0编译指令。
例如：
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
｝
｝
｝
SV_VertexID：这是一个无符号的整形变量，表示顶点的ID，用于顶点着色器，需要添加#pragma target 3.5编译指令。
例如：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
｝
｝
｝