UnityShader常用函数（UnityShader内置函数、CG和GLSL内置函数等）_unity shader 函数

一、CG和GLSL常用函数

CG语言中的变量修饰符

1、数学函数

smoothstep(min, max, x)对于参数全是float的重载

float smoothstep(float a, float b, float x)
{
    float t = saturate((x - a)/(b - a));
    return t*t*(3.0 - (2.0*t));
}
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2、几何函数

3、纹理映射函数

4、偏导函数

二、Unity常用的内置函数，变量

1、Unity常用的结构体

1.1、顶点着色器输入

struct appdata_base {
    float4 vertex : POSITION;
    float3 normal : NORMAL;
    float4 texcoord : TEXCOORD0;
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};

struct appdata_tan {
    float4 vertex : POSITION;
    float4 tangent : TANGENT;
    float3 normal : NORMAL;
    float4 texcoord : TEXCOORD0;
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};

struct appdata_full {
    float4 vertex : POSITION;
    float4 tangent : TANGENT;
    float3 normal : NORMAL;
    float4 texcoord : TEXCOORD0;
    float4 texcoord1 : TEXCOORD1;
    float4 texcoord2 : TEXCOORD2;
    float4 texcoord3 : TEXCOORD3;
    fixed4 color : COLOR;
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};
struct appdata_img
{
    float4 vertex : POSITION;
    half2 texcoord : TEXCOORD0;
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};
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1.2、顶点着色器输出

struct v2f_img
{
    float4 pos : SV_POSITION;
    half2 uv : TEXCOORD0;
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
    UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO
};
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2、空间变换函数及内置变量

A、空间变换函数

B、屏幕空间相关函数

以下函数可计算用于采样屏幕空间纹理的坐标。它们返回 float4，其中用于纹理采样的最终坐标可以通过透视除法（例如 xy/w）计算得出。

C、内置变量矩阵

D、摄像机和屏幕参数

E、时间相关参数

E、光照相关参数

前向渲染（ForwardBase 和 ForwardAdd 通道类型）：

延迟着色和延迟光照，在光照通道着色器中使用（全部在 UnityDeferredLibrary.cginc 中声明）：

F、雾效和环境光

3、数学常数

#ifndef UNITY_CG_INCLUDED
#define UNITY_CG_INCLUDED
 
#define UNITY_PI            3.14159265359f       //圆周率
#define UNITY_TWO_PI        6.28318530718f       //2倍圆周率
#define UNITY_FOUR_PI       12.56637061436f      //4倍圆周率
#define UNITY_INV_PI        0.31830988618f       //圆周率的倒数
#define UNITY_INV_TWO_PI    0.15915494309f       //2倍圆周率的倒数
#define UNITY_INV_FOUR_PI   0.07957747155f       //4倍圆周率的倒数
#define UNITY_HALF_PI       1.57079632679f       //半圆周率
#define UNITY_INV_HALF_PI   0.636619772367f      //半圆周率的倒数

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4、与颜色空间相关

三、着色器其他特殊语义

1、屏幕空间像素位置：VPOS

片元着色器可以接收渲染为特殊 VPOS 语义的像素的位置。 此功能仅从着色器模型 3.0 开始存在，因此着色器需要具有 #pragma target 3.0 编译指令。
在不同的平台上，屏幕空间位置输入的基础类型会有所不同，因此为了获得最大的可移植性，请对其使用 UNITY_VPOS_TYPE 类型（在大多数平台上将是 float4，在 Direct3D 9 上将是 float2）。
另外，使用像素位置语义将导致难以让裁剪空间位置 (SV_POSITION) 和 VPOS 处于相同的顶点到片元结构中。因此顶点着色器应将裁剪空间位置输出为单独的“out”变量。请参阅以下示例着色器：

Shader "Unlit/Screen Position"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma target 3.0

            // 注意：此结构中没有 SV_POSITION
            struct v2f {
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            v2f vert (
                float4 vertex : POSITION, // 顶点位置输入
                float2 uv : TEXCOORD0, // 纹理坐标输入
                out float4 outpos : SV_POSITION // 裁剪空间位置输出
                )
            {
                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 将包含像素整数坐标。
                // 使用它们来实现一个跳过渲染 4x4 像素块的
                // 棋盘图案

                // 棋盘图案中 4x4 像素块的 checker 值
                // 为负
                screenPos.xy = floor(screenPos.xy * 0.25) * 0.5;
                float checker = -frac(screenPos.r + screenPos.g);

                // 如果值为负，则 clip HLSL 指令停止渲染像素
                clip(checker);

                // 对于保留的像素，读取纹理并将其输出
                fixed4 c = tex2D (_MainTex, i.uv);
                return c;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
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2、面对方向：VFACE

片元着色器可以接收一种指示渲染表面是面向摄像机还是背对摄像机的变量。这在渲染应从两侧可见的几何体时非常有用 - 通常用于树叶和类似的薄型物体。VFACE 语义输入变量将包含表示正面三角形的正值，以及表示背面三角形的负值。

此功能从着色器模型 3.0 开始才存在，因此着色器需要具有 #pragma target 3.0 编译指令。

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 // 关闭背面剔除

            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
            {
                // 正面的 VFACE 输入为正，
                // 背面的为负。根据这种情况
                // 输出两种颜色中的一种。
                return facing > 0 ?_ColorFront : _ColorBack;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
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3、顶点 ID：SV_VertexID

顶点着色器可以接收具有“顶点编号”（为无符号整数）的变量。当您想要从纹理或 ComputeBuffers 中 获取额外的每顶点数据时，这非常有用。

此功能从 DX10（着色器模型 4.0）和 GLCore/OpenGL ES 3 开始才存在，因此着色器需要具有 #pragma target 3.5 编译指令。

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, // 顶点位置输入
                uint vid : SV_VertexID // 顶点 ID，必须为 uint
                )
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(vertex);
                // 基于顶点 ID 输出时髦颜色
                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
        }
    }
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参考文献：https://developer.download.nvidia.cn/cg/index_stdlib.html