Unity Shader 基础

2024-04-07 14:41:38

【Unity Shader】---数据类型和关键字

一、基本数据类型：Cg支持7种基本的数据类型

1、float，32位浮点数据，一个符号位。浮点数据类型被所有的图形接口支持；

2、half，16位浮点数据；

3、int，32位整形数据

4，fixed，12位定点数，

5、bool,布尔数据，被所有的图形接口支持；

6、sampler*,纹理对象的句柄，分为sampler、sampler1D、sampler2D、sampler3D、samplerCUBE和samplerRECT。

二、内置的数据类型

基于基础数据类型，如float3，表示float类型的三维向量；同理，bool2表示布尔类型的二维向量。

注：向量最长不能超过四元，如float5 vector;//编译错误

向量的赋值：

　　　　float2 a=float(1.0,1.0); //编译通过

float2 a=float(1.0f,1.0f); //编译错误

float3 b=float(a,0.0); //编译通过

矩阵数据类型：

　　　　float1X1 m1; //即float m1，一维矩阵

float3X4 m34 //3*4阶矩阵

注：X是字符，不是乘号，最大的维数为4*4阶，矩阵的初始化 float 2*2 m22={1.0,2.0,3.0,2.3};

float3 x和floatx[3]是不同的，前者为向量是内置的数据类型，而数组则是一种数据结构，不是内置的数据类型。

三、类型转换

Cg中的类型转换有强制转换和隐式转换；如果是隐式转换则数据类型从低精度向高精度转换。如：

float a=1.0; half b=2.0; loat c=a+b; //等价于float c=a+(float)b；

Cg语言中可以对常量数据加上类型后缀表示该数据类型的数据，如：

float a=1.0h; //1.0h为half类型常量数据

这样的后缀类型有三种：

f:表示float;

h:表示half;

x:表示fixed;

四、Swizzle操作符

Cg语言中的其他操作符和高级CPU语言C++类似，包括关系操作符、逻辑操作符和位移操作符以及条件操作符。而Swizzle操作符是Cg语言中特有的，它可以将一个向量的成员取出组成一个新的向量。对于坐标或者角度等其他多维向量，Swizzle操作符（.)后接x、y、z、w分别表示原始向量的第一个、第二个、第三个和第四个元素；同样，对于颜色可以后接r、g、b和a来表示同样的索引。

例如：

float4(a,b,c,d).xwz 等价于 float(a,d,c)

float4(a,b,c,d).xxy 等价于 float(a,a,b)

注：Swizzle操作符只对结构体和向量使用，不能对数组使用。

五、输入数据关键字：Cg中输入数据流一般分为两类

1、varying 参数：在Cg程序中通过语义进行绑定变量， Cg语言提供了一组语义词，用以表示参数是由顶点的那些数据初始化的，一旦这个变量使用了语义词进行绑定，那么这个变量值被初始化的同时也意味着它有了特殊的含义，如表示位置、法线等含义。语义提供了一种使用随顶点变化或随片段变化而变化的值来初始化Cg程序参数的方法，这些数据都是从应用程序输入到GPU的数据，如顶点位置、法向量、纹理坐标数据等。

2、Uniform 参数：Uniform是用来限制一个变量的初始值的来源，当声明一个变量为Uniform类型的时候，表示这个变量的初始值来自于外部的其他环境。除了获取初始值的这点之外，Uniform关键字声明的变量和其他变量是完全一样的。通常用Uniform来定义一些与三维渲染有关的离散信息数据，并通常不会随着图元信息的变化而变化，如材质对光的反射信息。Uniform表示一个参数，通常使用 uniform表示函数的形参，不能定义一个uniform表示的局部变量。

Unity的内置Uniform输入参数如下：

　　uniform float4 _Time, _SinTime, _CosTime; // 时间量

　　uniform float4 _ProjectionParams; // x = 1 or -1 (如果投影翻转就是-1)

　　// y = *面; z = 远平面; w = 1/远平面

　　uniform float4 _ScreenParams; // x = width; y = height; z = 1 +1/width; w = 1 + 1/height

　 uniform float3_WorldSpaceCameraPos;

　　uniform float4x4 _Object2World; //模型矩阵

　　uniform float4x4 _World2Object; // 模型矩阵的逆

　　uniform float4 _LightPositionRange; // xyz = pos, w = 1/range

　　uniform float4 _WorldSpaceLightPos0; // 光源的位置和方向

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_MVP; // 模型视图投影矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_MV; // 模型视图矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_V; // 视图矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_P; // 投影矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_VP; // 视图投影矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_T_MV; // 模型视图矩阵的转置矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_IT_MV; // 模型视图矩阵的逆矩阵的转置矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_TEXTURE0; // 贴图纹理矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_TEXTURE1; //贴图纹理矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_TEXTURE2; //贴图纹理矩阵

　　uniform float4x4 UNITY_MATRIX_TEXTURE3; //贴图纹理矩阵

　　uniform float4 UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT; // 环境色

六、输入输出

对于程图形渲染管线，可编程控制的部分只有两个，顶点着色器和片段着色器。对于编程控制这两个部分，首要的任务就是要怎么给它们传参数。Cg语言的参数传递同样也有“值传递”和“引用传递”之分。因为GPU不支持指针，所以Cg语言采用了如下的方式来修辞参数传递：

1、in:修辞一个形参只是用于输入，进入函数体时被初始化，且该形参值的改变不会影响实参值，传递方式为值传递。

2、out:修辞一个形参只是用于输出，进入函数体时没有被初始化，一般为函数的返回值。

3、inout:修辞一个形参即用于输入也用于输出，这是典型的引用传递。

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