CatlikeCoding基础渲染系列(二)着色器

前言:此为CatlikeCoding学习笔记(划掉)


思维导图(较为废话)

空Pass,默认大白色

Shader "Test" {
    SubShader {
        Pass {

        }
    }
}
由于我们使用的是空的通道的默认行为,因此我们的球体可能会变成白色

直接顶点函数返回局部位置,形态不对

Shader "Test" {
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            float4 vert(float4 position:POSITION):SV_POSITION {
                return position;
            }

            float4 frag(float4 position:SV_POSITION):SV_TARGET {
                return 0;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
因为我们将对象空间位置当作显示位置使用--原始顶点位置(没有经过MVP矩阵)

局部坐标经过MVP矩阵转换,形状正确

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Test" {
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            //#include "UnityCG.cginc"//包含UNITY_MATRIX_MVP

            float4 vert(float4 position:POSITION):SV_POSITION {
                return UnityObjectToClipPos(position);//mul(UNITY_MATRIX_MVP,position)
            }

            float4 frag(float4 position:SV_POSITION):SV_TARGET {
                return 0;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
经过MVP矩阵变换后

添加一个可控的颜色属性

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Test" {
    Properties {
        _Tint("Tint", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            //#include "UnityCG.cginc"//包含UNITY_MATRIX_MVP
            float4 _Tint;

            float4 vert(float4 position:POSITION):SV_POSITION {
                return UnityObjectToClipPos(position);//mul(UNITY_MATRIX_MVP,position)
            }

            float4 frag(float4 position:SV_POSITION):SV_TARGET {
                return _Tint;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
加一个可控的颜色

使用局部坐标的插值作为片元着色器色

顶点程序的输出根本不直接用作片段程序的输入,中间会经过插值(位置,颜色等)

顶点程序必须输出本地位置才能起作用。我们可以通过添加具有相同TEXCOORD0语义的输出参数来做到这一点。顶点和片段函数的参数名称不需要匹配。这都是关于语义的(使用相同的语义即可传递值)

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Test" {
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            //#include "UnityCG.cginc"//包含UNITY_MATRIX_MVP

            float4 vert(float4 position:POSITION,out float3 localPosition:TEXCOORD0):SV_POSITION {
                localPosition = position.xyz;
                return UnityObjectToClipPos(position);//mul(UNITY_MATRIX_MVP,position)
            }

            float4 frag(float4 position:SV_POSITION,float3 localPosition:TEXCOORD0):SV_TARGET {
                return float4(localPosition,1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}
把局部坐标的位置的插值作为颜色

此时传递给片元着色器的是插值后的局部坐标位置


加个结构体让代码更整洁

把要传递给片元着色器的数据用结构体表示出来

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Test" {
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            //#include "UnityCG.cginc"//包含UNITY_MATRIX_MVP
            
            struct Interpolators {
                float4 position:SV_POSITION;
                float3 localPosition:TEXCOORD0;
            };

            Interpolators vert(float4 position:POSITION) {
                Interpolators i;
                i.localPosition = position.xyz;
                i.position = UnityObjectToClipPos(position);//mul(UNITY_MATRIX_MVP,position)
                return i;
            }

            float4 frag(Interpolators i):SV_TARGET {
                return float4(i.localPosition,1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

调整颜色,让负色变为正色

因为负色被限制为零,所以我们的球体最终变得很暗。由于默认球体的对象空间半径为½,因此颜色通道的最终位置介于-½至½之间。我们想将它们移到0–1范围内,我们可以通过将½加到所有通道来实现。

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Test" {
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            //#include "UnityCG.cginc"//包含UNITY_MATRIX_MVP

            struct Interpolators {
                float4 position:SV_POSITION;
                float3 localPosition:TEXCOORD0;
            };

            Interpolators vert(float4 position:POSITION) {
                Interpolators i;
                i.localPosition = position.xyz;
                i.position = UnityObjectToClipPos(position);//mul(UNITY_MATRIX_MVP,position)
                return i;
            }

            float4 frag(Interpolators i):SV_TARGET {
                return float4(i.localPosition+0.5,1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}
将负色部分修正为正色后的颜色

使用UV坐标,并添加了新的结构体表示传入顶点着色器的顶点数据

Unity的默认网格物体具有适合纹理贴图的UV坐标。顶点程序可以通过具有TEXCOORD0语义的参数访问它们。

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Test" {
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            //#include "UnityCG.cginc"//包含UNITY_MATRIX_MVP

            struct Interpolators {
                float4 position:SV_POSITION;
                float2 uv:TEXCOORD0;
            };

            struct VertexData {
                float4 position:POSITION;
                float2 uv:TEXCOORD0;
            };

            Interpolators vert(VertexData v) {
                Interpolators i;
                i.position = UnityObjectToClipPos(v.position);//mul(UNITY_MATRIX_MVP,position)
                i.uv = v.uv;
                return i;
            }

            float4 frag(Interpolators i):SV_TARGET {
                return float4(i.uv,1,1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

Unity将UV坐标围绕其球体包裹,使图像的顶部和底部在极点处折叠。你会看到一个从北到南极的接缝,图像的左右两侧相连。因此,沿着该接缝,你将拥有0和1的U坐标值。这是通过在接缝上具有重复的顶点来实现的,除了它们的U坐标外,这些顶点是相同的。




添加纹理

导入图像文件


图像文件

添加了个纹理属性,并采样模型的uv

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Test" {
    Properties {
        _MainTex("Texture",2D) = "white" {}
    }
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            //#include "UnityCG.cginc"//包含UNITY_MATRIX_MVP

            sampler2D _MainTex;

            struct Interpolators {
                float4 position:SV_POSITION;
                float2 uv:TEXCOORD0;
            };

            struct VertexData {
                float4 position:POSITION;
                float2 uv:TEXCOORD0;
            };

            Interpolators vert(VertexData v) {
                Interpolators i;
                i.position = UnityObjectToClipPos(v.position);//mul(UNITY_MATRIX_MVP,position)
                i.uv = v.uv;
                return i;
            }

            float4 frag(Interpolators i):SV_TARGET {
                return tex2D(_MainTex,i.uv);
            }
            ENDCG
        }
    }
}
模型显示纹理

平铺和偏移

可以通过与关联材质具有相同名称的变量加上_ST后缀来执行此操作平铺和偏移


调整参数
平铺
偏移

纹理设置

  1. Wrap Mode 决定了使用UV坐标在0–1范围之外进行采样时会发生什么
  2. Filter Mode 决定使用什么过滤方式
  • Point (无过滤器)。在某些UV坐标处采样纹理时,将使用最近的纹理像素。它通常用于像素完美的渲染,或者在需要块状样式时使用
  • 双线性(bilinear filtering)过滤。默认为使用。在两个纹理像素之间的某个位置对纹理进行采样时,将对这两个纹理像素进行插值。是双线性过滤,而不仅仅是线性过滤
  • 三线性插值
  1. Mipmap:每个连续的Mipmap的宽度和高度均为上一个级别的一半。因此,当原始纹理大小为512x512时,mip映射为256x256、128x128、64x64、32x32、16x16、8x8、4x4和2x2。
  • 生成Mipmap


  • 生成的Mipmap的大小占原来文件大小的三分之一,也就是原文件+mipmap=三分之四原文件大小
  1. 各向异性:当事物在不同方向上看起来相似时,则各向同性;如果不是这种情况,则是各向异性的
  • 各向异性过滤的深度由Aniso Level控制。设为0时,禁用。为1时,它将启用并提供最小的效果。在16,它达到最大。但是,这些设置受项目质量设置的影响
  • 通过Edit/ Project Settings/ Quality 访问质量设置。在“Rendering ”部分中找到“Anisotropic Textures setting”设置。


  • 禁用各向异性纹理后,无论纹理的设置如何,都不会进行各向异性过滤。设置为“Per Texture ”时,它由每个单独的纹理完全控制。也可以将其设置为“Forced On ”,这就像将每个纹理的“ Aniso Level”设置为至少9一样。但是,“ Aniso Level”设置为0的纹理仍不会使用各向异性过滤。

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