Shader入门(十七)语义Semantic

发表于2018-02-02
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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  
        }  
    }  
}  

原文链接

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