• 第3章 Unity 3D着色器系统

    3.1 从一个外观着色器程序谈起

            新建名为basic_diffuse.shader的文件，被一个名为basic_diffuse.mat的材质文件所引用，而basic_diffuse.mat文件则被场景中名为Sphere的game object的MeshRenderer组件所使用。

    basic_diffuse.shader代码文件的内容如下所示。

    1. Shader "Custom/BasicDiffuse"
    2.  
    3. {
    4.  
    5.     Properties
    6.  
    7.     {
    8.  
    9.         _EmissiveColor ("Emissive Color", Color) = (1,1,1,1)
    10.  
    11.         _MainTex ("Main Texture", 2D) = "white"{}
    12.  
    13.     }
    14.  
    15.     SubShader
    16.  
    17.     {
    18.  
    19.         Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderType"="Opaque" }
    20.  
    21.         LOD 200
    22.  
    23.         CGPROGRAM
    24.  
    25.         #pragma surface surf BasicDiffuse vertex:vert finalcolor:final noforwardadd
    26.  
    27.         #pragma debug
    28.  
    29.         // 指定自身的自发光颜色
    30.  
    31.         float4_EmissiveColor;
    32.  
    33.         // 指定第一层纹理的映射坐标
    34.  
    35.         sampler2D_MainTex;
    36.  
    37.         // 由顶点着色器主入口函数在调用vert函数时获取到
    38.  
    39.         // 由片元着色器主入口函数在调用surf函数时作为参数传入
    40.  
    41.         structInput
    42.  
    43.         {
    44.  
    45.             float2uv_MainTex;
    46.  
    47.         };
    48.  
    49.         // 本函数在顶点着色器主入口函数中被调用
    50.  
    51.         voidvert(
    52.  
    53.               inoutappdata_full v，// appdata_full类型的参数是Unity 3D预定义的数据类型
    54.  
    55.               outInput o) // 由本函数返回，并在顶点着色器主入口函数中用来初始
    56.  
    57.                                     //化一个v2f_surf变量
    58.  
    59.         {
    60.  
    61.             o.uv_MainTex = v.texcoord.xy;
    62.  
    63.         }
    64.  
    65.         // 本函数在片元着色器主入口函数中被调用
    66.  
    67.         voidsurf (
    68.  
    69.             Input IN, // 根据传递给片元着色器主入口函数的v2f_surf类型的参数变量初始化而成
    70.  
    71.             inoutSurfaceOutput o) // 本函数内赋值完成后返回
    72.  
    73.         {
    74.  
    75.             o.Albedo = (_EmissiveColor.rgb + tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb);
    76.  
    77.             o.Alpha = _EmissiveColor.a;
    78.  
    79.         }
    80.  
    81.         // 本函数在片元着色器主入口函数中被调用
    82.  
    83.         inline float4LightingBasicDiffuse (
    85.           SurfaceOutput s, // 此变量在片元着色器入口主函数内，调用surf获取到
    87.           fixed3lightDir, // 光源到本片元的位置连线向量，由着色器编译器展开计算生成
    89.                                     // 计算得到此变量的代码在片元着
    91.                                     // 色器主入口函数中
    93.           fixedatten) // 光线的衰减值，由着色器编译器展开计算生成
    94.  
    95.                                     // 计算得到此变量的代码在片元着色器主入口函数中
    96.  
    97.         {
    98.  
    99.             floatangle_cos = max(0, dot(s.Normal, lightDir));
    100.  
    101.             float4col;
    102.  
    103.             col.rgb = s.Albedo.rgb * _LightColor0.rgb * angle_cos * atten;
    104.  
    105.             col.a = s.Alpha;
    106.  
    107.             returncol;
    108.  
    109.         }
    110.  
    111.         voidfinal(Input IN, SurfaceOutput o, inoutfixed4 color)
    112.  
    113.         {}
    114.  
    115.         ENDCG
    116.  
    117.     }
    118.  
    119.     FallBack "Diffuse"
    120.  
    121. }

    观察效果。

    3.1.1 BasicDiffuse着色器展开后的代码分析

            1. BasicDiffuse着色器的生成代码：原始着色器中定义的函数和变量

            在每个编译完成的着色器的Inspector面板上，都有一个Show generated code按钮，单击Show generated code按钮后，原始着色器中定义的变量和函数也会被植入生成的代码中。（代码略，可自行生成查看）

            2. BasicDiffuse着色器的生成代码：顶点着色器传递给片元着色器的数据

            引擎会针对在原始的外观着色器中定义的Input内容，依据各种编译指示符指定的光照模型和其他参数，对应生成一个v2f_surf结构体。该结构体由顶点着色器返回，传递给片元着色器。

            如下述代码所示：

    1. // 从顶点着色器传递给片元着色器的数据结构体
    2. #ifndef LIGHTMAP_ON
    3. // 不使用烘焙光照贴图时的顶点着色器传递给片元着色器的数据结构体
    4.             structv2f_surf
    5.             {
    6.                   UNITY_POSITION(pos);
    7.                   float2pack0 : TEXCOORD0; // _MainTex
    8.                   half3worldNormal : TEXCOORD1;
    9.                   float3worldPos : TEXCOORD2;
    10.                   fixed3vlight : TEXCOORD3; // ambient/SH/vertexlights
    11.                   UNITY_SHADOW_COORDS(4)
    12.     #if SHADER_TARGET ＞= 30
    13.                   float4lmap : TEXCOORD5;
    14.     #endif
    15.                   UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
    16.                   UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO
    17.             };
    18. #endif
    19. #ifdef LIGHTMAP_ON
    20. // 使用烘焙光照贴图时的顶点着色器传递给片元着色器的数据结构体
    21.             structv2f_surf
    22.             {
    23.                   UNITY_POSITION(pos);
    24.                   float2pack0 : TEXCOORD0; // _MainTex
    25.                   half3worldNormal : TEXCOORD1;
    26.                   float3worldPos : TEXCOORD2;
    27.                   float4lmap : TEXCOORD3;
    28.                   UNITY_SHADOW_COORDS(4)
    29.     #ifdef DIRLIGHTMAP_COMBINED
    30.                   fixed3tSpace0 : TEXCOORD5;
    31.                   fixed3tSpace1 : TEXCOORD6;
    32.                   fixed3tSpace2 : TEXCOORD7;
    33.     #endif
    34.                   UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
    35.                   UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO
    36.             };
    37. #endif


            3. BasicDiffuse着色器的生成代码：顶点着色器入口函数

            引擎会对应生成一个顶点着色器入口主函数vert_surf，该函数使用一个内置的顶点格式描述结构体appdata_full作为传入参数。在把顶点变换到裁剪空间之前，会用用户定义的vert函数对顶点进行操作。顶点着色器根据原始的外观着色器中各种编译指示符指定的光照模型和其他的参数，在里面进行顶点变换和光照处理，然后生成一个v2f_surf结构体返回。

            4. BasicDiffuse着色器的生成代码：片元着色器入口函数

            引擎会对应生成一个片元着色器入口主函数frag_surf，该函数使用顶点着色器返回的v2f_surf结构体作为传入参数。根据原始的外观着色器中各种编译指示符指定的光照模型和其他参数，在里面依次调用用户定义的surf函数、LightingBasicDiffuse函数和final函数进行光照和阴影处理。

            Unity 3D着色器代码的编译指示符（compile directive）。编译指示符的一般格式如下。

    #pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

            5. SurfaceOutput结构体

            SurfaceOutput结构体的定义如以下代码所示。

    1. // 所在文件：lighting.cginc代码
    2.  
    3. // 所在目录：CGIncludes
    4.  
    5. // 从原文件第10行开始，至第17行结束
    6.  
    7. structSurfaceOutput
    8.  
    9. {
    10.  
    11.       fixed3Albedo; // 物体表面的漫反射颜色
    12.  
    13.       fixed3Normal; // 物体表面的法线
    14.  
    15.       fixed3Emission;// 物体的自发光颜色
    16.  
    17.       halfSpecular; // 物体的镜面反射系数，在[0,1]范围
    18.  
    19.       fixedGloss; // 物体的镜面高光亮度值
    20.  
    21.       fixedAlpha; // 物体的透明值
    22.  
    23. };

            lightModel即光照模型，此模型指明了经过surfaceFunction处理过的表面片元信息之后，如何利用这些片元信息进行光照计算。光照模型可以使用Unity 3D自带的光照函数，如Lambert模型，也可以使用自定义的光照函数。这些光照函数的命名规则是Lighting××××，即如果在编译指令中指定的光照模型名为××××，则定义此光照模型的光照函数名为Lighting××××

            以引擎自带的Lambert模型为例，此光照模型函数则是在Lighting.cginc文件中定义的Lighting Lambert，如下所示。

    1. inline fixed4LightingLambert (SurfaceOutput s, UnityGI gi)
    2.  
    3. {
    4.  
    5.       fixed4c;
    6.  
    7.       c = UnityLambertLight(s, gi.light);
    8.  
    9. #ifdef UNITY_LIGHT_FUNCTION_APPLY_INDIRECT
    10.  
    11.     c.rgb += s.Albedo * gi.indirect.diffuse;
    12.  
    13. #endif
    14.  
    15.     returnc;
    16.  
    17. }

            6. UnityLambertLight函数

            UnityLambertLight函数的定义如下。

    1. // 所在文件：lighting.cginc代码
    2.  
    3. // 所在目录：CGIncludes
    4.  
    5. // 从原文件第29行开始，至第37行结束
    6.  
    7. inline fixed4UnityLambertLight (SurfaceOutput s, UnityLight light)
    8.  
    9. {
    10.  
    11.       fixeddiff = max(0, dot(s.Normal, light.dir));
    12.  
    13.       fixed4c;
    14.  
    15.       c.rgb = s.Albedo * light.color * diff;
    16.  
    17.       c.a = s.Alpha;
    18.  
    19.       returnc;
    20.  
    21. }

            7. UnityLight、UnityIndirect和UnityGI结构体的定义

            UnityLight、UnityIndirect和UnityGI结构体的定义如下。

    1. // 所在文件：UnityLightingCommon.cginc代码
    2.  
    3. // 所在目录：CGIncludes
    4.  
    5. // 从原文件第9行开始，至第26行结束
    6.  
    7. structUnityLight
    8.  
    9. {
    10.  
    11.       half3color; // 直接光照光的颜色
    12.  
    13.       half3dir; // 直接光照的方向
    14.  
    15.       half ndotl; // 法线方向向量和光照方向向量的点积值，此值已经不使用了，故在开发中不要再用
    16.  
    17.                     // 在开发中不要再用
    18.  
    19. };
    20.  
    21. structUnityIndirect
    22.  
    23. {
    24.  
    25.       half3diffuse; // 间接光照的漫反射贡献量
    26.  
    27.       half3specular;// 间接光照的镜面反射贡献量
    28.  
    29. };
    30.  
    31. structUnityGI
    32.  
    33. {
    34.  
    35.       UnityLight light;
    36.  
    37.       UnityIndirect indirect;
    38.  
    39. };

            除了上述的surfaceFuntion和lightModel，还可以自定义两种函数：vertex:VertexFunction和finalcolor:ColorFunction。

    一个外观着色器在整个渲染流水线中的执行流程如图3-3所示。

    ca6c6162106a48fbbf49e835762b0a38.jpg

             ▲图3-3 外观着色器在整个渲染流水线中的执行流程

    3.1.2 外观着色器的编译指示符

            外观着色器的功能性代码需要放在CGPROGRAM和ENDCG两个指令之间。

            着色器代码段必须放在SubShader块中间，而不能放在Pass块内，编译器会将它编译到多个渲染通路（render pass）内。

            必须使用#pragma surface指示符去指明本着色器是一个外观着色器。格式如下：

    #pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

    ac9a9ebf79ae4d639091e07ce06ec1df.jpg

     ▲表3-1 外观着色器必需的编译指示符与参数

    6eeae98f2a0643ec9a5b3f7dbaf013a0.jpg

    ▲ 表3-2 和Alpha混合及Alpha测试相关的编译指示符与参数

    76e16a7480e5423ba1570acefa33eee1.jpg

    ▲ 表3-3 和自定义操作顶点与片元着色器相关的指示符与参数

    035ea3abe6a24dc99444b235d74e08bb.jpg

     ▲表3-4 和阴影操作和顶点镶嵌操作相关的指示符与参数

    720f3347986d4e0b9c9e4f86016b0c51.jpg

     ▲表3-5 精简着色器代码的指示符与参数

    f46ca246c8ba4c4881da0c8b52333850.jpg

     ▲表3-6 其他杂项相关的指示符与参数

    3.1.3 传给外观着色器函数的参数

            传给外观着色器的输入结构通常可以包含任意着色器所需的纹理映射坐标。定义一个结构体分量去描述纹理映射坐标时，该分量务必以uv开头，然后后面加上分量名字，如uv_diffuse、uv_bumpmap等；如果是第二层纹理映射坐标，则使用uv2开头，其他层依此类推。

    18c7b6dbace2467cada72938d5d3285c.jpg

     ▲表3-7 引擎内建支持的外观着色器光照函数的输入结构体的各属性分量

    3.2 直接编写顶点着色器和片元着色器

    通过使用Cg语言，在ShaderLab的Pass代码段中，在CGPROGRAM语句之后，ENDCG语句之前，嵌入一些着色器代码片段（snippets），便可以采用直接编写顶点着色器和片元着色器的实现代码这种传统的着色器编写方式，去实现着色器。这种编写方式的代码结构通常如下所示。

    Pass

    {

        // 此处的代码和普通的Pass的设置一样

        CGPROGRAM

        // 本代码片段所需要的编译指示符

        #pragma vertex vert // 指定顶点着色器的主入口函数，主入口函数名为vert

        #pragma fragment frag // 指定片元着色器的主入口函数，主入口函数名为frag

        // 具体的着色器实现代码在这里

        ENDCG

        // 此处的代码和普通的Pass的设置一样

    }

    3.2.1 用Cg语言编写的包含着色器功能的代码片段

    如果使用CGPROGRAM和ENDCG关键字，编译器在编译代码时会自动包含HLSLSupport文件和UnityShaderVariables文件；如果启用了HLSLPROGRAM和ENDHLSL语句，就不会自动包含。

    4c00f7ce220b4e49ba419409758817c2.jpg

     ▲表3-8 控制Cg代码片段的编译和优化指示符

    3.2.2 声明目标渲染器

    默认情况下所有着色器源代码都被编译到所有引擎能支持的渲染器中。使用#pragma only_renderers或#pragma exclude_renderers编译指示符，可以明确地告诉引擎把着色器源代码编译成只能给指定渲染器执行的版本。其他没有指定的渲染器，即使特性都支持，也都不编译。

    6898702846e6450f82fff64173696e8f.jpg

      ▲Unity 3D支持的渲染器名称和对应的渲染接口如表3-9所示。

    3.2.3 着色器的语义

    着色器语言中的语义（semantics）用来说明在输入顶点的结构体中，以及顶点着色器传递给片元着色器中的数据（称为varying数据）结构体中，各数据成员的预期用途，如说明某数据是位置信息还是法向量信息，是纹理映射坐标还是雾化因子等。语义也表明这些图元数据存放的硬件资源是什么，如是寄存器还是纹理缓冲区等。如代码中的POSITION、NORMAL、TAGENT、TEXCOORD0便是语义词。

    1. 顶点着色器的输入语义

    67132beb56804762818f1ce6020c647e.jpg

     ▲表3-10是常见的顶点着色器中支持的输入语义，其中，n是一个从0到系统所支持的最大个数

    语义词的使用示例说明如下所示：

    1. Pass
    2.  
    3. {
    4.  
    5.     // 此处的代码和普通的Pass的设置一样
    6.  
    7.  
    8.     CGPROGRAM
    9.  
    10.     // 本代码片段所需要的编译指示符
    11.  
    12.     #pragma vertex vert // 指定顶点着色器的主入口函数，主入口函数名为vert
    13.  
    14.     #pragma fragment frag // 指定片元着色器的主入口函数，主入口函数名为frag
    15.  
    16.     // 具体的着色器实现代码在这里
    17.  
    18.  
    19.     ENDCG
    20.  
    21.     // 此处的代码和普通的Pass的设置一样
    22.  
    23. }
    24.  
    25. in float4modelPos: POSITION

    2. 顶点着色器的输出语义

    5bd3c8e7d30e4154986314626362237a.jpg

     ▲表3-11 常用的顶点着色器中支持的输出语义

    顶点着色器的输出数据被传入片元着色器中，所以顶点着色器的输出语义通常也是片元着色器的输入语义，但是语义POSITION除外。顶点着色器必须声明一个输出变量，并绑定POSITION语义。

    3. 片元着色器的输入语义

    0856828829c148c9bf7c0efb5c255752.jpg

     ▲常用的片元着色器的输入语义

    POSITION语义用于顶点着色器，用来指定这些位置坐标值，是变换前的顶点在模型空间中的坐标。SV_Position语义则用于片元着色器，用来标识经过顶点着色器变换之后的顶点坐标。

    在SV_Position的情况下，如果它绑定在一个从顶点着色器输出的结构体上，意味着该输出的结构体包含了最终转换过的并将用于光栅器的顶点坐标。或者，如果将这个标志绑定到一个输入给片元着色器的结构体，它会包含一个基于屏幕空间的像素坐标。

    4. 在着色器中同时使用SV Position语义和VPOS语义

    下面的代码展示了如何同时使用SV_Position语义和VPOS语义。

    1. Shader "Unlit/Screen Position"
    2.  
    3. {
    4.  
    5.     Properties
    6.  
    7.     {
    8.  
    9.         _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    10.  
    11.     }
    12.  
    13.     SubShader
    14.  
    15.     {
    16.  
    17.         Pass
    18.  
    19.         {
    20.  
    21.             CGPROGRAM
    22.  
    23.             #pragma vertex vert
    24.  
    25.             #pragma fragment frag
    26.  
    27.             #pragma target 3.0
    28.  
    29.             // 只定义了使用第0层纹理坐标的语义，没有定义SV_Position语义到分量中
    30.  
    31.             structv2f {
    32.  
    33.                   float2uv : TEXCOORD0;
    34.  
    35.             };
    36.  
    37.             v2f vert (// 输入给顶点着色器的顶点描述结构体
    39.                   float4vertex : POSITION, // 顶点坐标
    41.                   float2uv : TEXCOORD0, // 顶点使用的第0层纹理映射坐标
    43.                   // 不能在顶点到片元的结构体v2f中描述，只能在顶点着色器的
    45.                   // 主入口函数中声明为out返回
    47.                   out float4outpos : SV_Position// 顶点在裁剪空间的位置坐标
    49.                   )
    50.  
    51.             {
    52.  
    53.                   v2f o;
    54.  
    55.                   o.uv = uv;
    56.  
    57.                   // 调用Unity提供的工具函数，把顶点从模型空间变换到裁剪空间
    58.  
    59.                   outpos = UnityObjectToClipPos(vertex);
    60.  
    61.                   returno;
    62.  
    63.             }
    64.  
    65.             sampler2D_MainTex;
    66.  
    67.             fixed4frag (v2f i, UNITY_VPOS_TYPE screenPos : VPOS) : SV_Target
    68.  
    69.             {
    70.  
    71.                   //SV_Position语义所指明的裁剪空间坐标的范围是[-1,1]，而VPOS
    72.  
    73.                   //语义所指明的坐标值就是像素坐标值，假如视口的高宽分别是
    74.  
    75.                   //1024像素和768像素，则VPOS坐标的取值范围就是[0,1024]、[0,768]，并且是整数值
    76.  
    77.                   screenPos.xy = floor(screenPos.xy * 0.25) * 0.5;
    78.  
    79.                   floatchecker = -frac(screenPos.r + screenPos.g);
    80.  
    81.                   //若不能通过检测，就直接丢弃
    82.  
    83.                   clip(checker);
    84.  
    85.                   fixed4c = tex2D(_MainTex, i.uv);
    86.  
    87.                   returnc;
    88.  
    89.             }
    90.  
    91.             ENDCG
    92.  
    93.         }
    94.  
    95.     }
    96.  
    97. }

    5. 在着色器中使用VFACE语义

            当多边形正向摄像机时，VFACE绑定的变量是一个正值；背向摄像机时，该变量是一个负值。因为VFACE语义是在shader model 3.0时引入的，所以要使用VFACE语义，必须使用#pragma target 3.0编译指示符。

    下面的代码展示了如何在着色器中使用VFACE语义。

    1. Shader "Unlit/Face Orientation"
    2.  
    3. {
    4.  
    5.     Properties
    6.  
    7.     {
    8.  
    9.         _ColorFront ("Front Color", Color) = (1,0.7,0.7,1)
    10.  
    11.         _ColorBack ("Back Color", Color) = (0.7,1,0.7,1)
    12.  
    13.     }
    14.  
    15.     SubShader
    16.  
    17.     {
    18.  
    19.         Pass
    20.  
    21.         {
    22.  
    23.             Cull Off // turn off backface culling
    24.  
    25.             CGPROGRAM
    26.  
    27.             #pragma vertex vert
    28.  
    29.             #pragma fragment frag
    30.  
    31.             #pragma target 3.0
    32.  
    33.             float4vert (float4vertex : POSITION) : SV_Position
    34.  
    35.             {
    36.  
    37.                   returnUnityObjectToClipPos(vertex);
    38.  
    39.             }
    40.  
    41.             fixed4_ColorFront;
    42.  
    43.             fixed4_ColorBack;
    44.  
    45.             fixed4frag (fixedfacing : VFACE) : SV_Target
    46.  
    47.             {
    48.  
    49.                   // 依据VFACE语义变量facing的取值，得到当前是正向还是背向摄像机，显示不同颜色
    50.  
    51.                   returnfacing ＞ 0 ? _ColorFront : _ColorBack;
    52.  
    53.             }
    54.  
    55.             ENDCG
    56.  
    57.         }
    58.  
    59.     }
    60.  
    61. }

    6. 片元着色器的输出语义

    cb19986d359f492ea5f771be89d9f746.jpg

     ▲表3-13是常见的片元着色器的输出语义。

    在大多数情况下，片元着色器将会输出一个颜色值，这个颜色值通常指定为SV_Target语义。

    除了以单个数值的形式返回之外，片元着色器还支持以结构体的形式返回数据，如下代码所示。

    1. structfragOutput
    2. {
    3.       fixed4color : SV_Target;
    4. };
    5. fragOutput frag (v2f i)
    6. {
    7.       fragOutput o;
    8.       o.color = fixed4(i.uv, 0, 0);
    9.       returno;
    10. }


            其他的语义项有SV_Target1、SV_Target2。SV_Target等同于SV_Target0，大多数情况下对应于默认的帧缓冲区。

            当使用多渲染目标（multiple render targets，MRT）技术一次性地向不止一个渲染目标（render target）中写入颜色数据时，就需要利用SV_Target1、SV_Target2等一一对应去注明往哪个渲染目标去写入。多渲染目标在延迟渲染技术中会被普遍使用到。

    3.3 在Cg代码中访问着色器属性块

            Unity 3D着色器代码通过使用属性块（properties block）的方式声明着色器中要用到的材质属性。声明完材质属性后，还需要在着色器的Cg/HLSL代码体内一一对应声明一次材质属性对应的着色器变量。

    3.4 使用着色器多样体处理多种情况

            每一段由编译条件控制编译与否的代码段称为着色器多样体（shader variants），#pragma multi_compile或者#pragma shader_feature指示符后面跟着的名字字符串称为多样体关键字（variants keyword）。

    3.4.1 编译指示符multi_compile和shader_feature的使用方式与区别

            如下所示是一个使用编译指示符定义多样体的语句。

    #pragma multi_compile FANCY_STUFF_OFF FANCY_STUFF_ON

            该语句将会生成两个着色器多样体，一种就是启用了FANCY_STUFF_OFF，另一种就是启用了FANCY_STUFF_ON。在运行时，在C#语言层面，调用Material类的成员函数EnableKeyword可以显式地激活其中一个着色器多样体，如果没有一个多样体关键字被显式地启用，那么将默认启用第一个多样体。#pragma multi_Compile指示符还可以定义多于两个的多样体关键字。

            当使用完全由下画线“_”组成的多样体关键字时，对应的多样体依然被编译，但没有与之对应的预处理宏被定义，比如以下代码。

    #pragma multi_compile __ FOO_ON


            使用这种匿名的方式定义多样体关键字，其好处是可以节省多样体关键字的个数，因为着色器编译器对多样体关键字的定义个数是有限制的。

            #pragma shader_feature类似于#pragma multi_compile，唯一的区别就是shader_feature指示符中声明的着色器多样体如果未被使用，在构建游戏运行包（game build）时将不会被打包进去。

            如果要在物体的材质中设置，即调用Material类成员函数EnableKeyword去设置的多样体关键字，用shader_feature指示符声明最好。如果要在全局范围中设置，即调用Shader类静态成员函数EnableKeyword去设置的多样体关键字，用multi_compile指示符声明最好。

    3.4.2 多样体关键字的使用限制

            当使用着色器多样体时，要时刻切记Unity 3D有着只能使用256个多样体关键字的限制，并且大约有60个关键字已经被内置的代码所使用了。所以在编写自定义的着色器代码时，不能超出个数的限制。

    3.4.3 内置的multi_compile指示符快捷使用方式

            Unity 3D提供了若干快捷（shortcut）编译指示符，可以用一个语句的方式代替需要多个编译指示符的声明，引擎后台在编译着色器代码时会将其自动展开。以下是若干快捷编译指示符的作用。

    ·        multi_compile_fwdbase编译指示符一次性开启所有在ForwardBase类型的渲染通路中所需的多样体，这些多样体定义了不同的烘焙光照图的类型；以及主要的有向平行光参与的光照计算中是否开启阴影计算。

    ·         multi_compile_fwdadd编译指示符一次性开启所有在ForwardAdd类型的渲染通路中所需的多样体，这些多样体将在渲染时控制操作场景中的有向光源、点光源和聚光灯光源的光照计算。

    ·         multi_compile_fwdadd_fullshadows编译指示符除了处理控制操作场景中的有向光源、点光源和聚光灯光源的光照计算之外，还会控制光源生成对应的实时阴影。

    ·         multi_compile_fwdadd编译指示符将会根据当前选定的雾化因子对应去展开成各个不同的多样体定义。

            在使用快捷编译指示符时，如果想在快捷定义中同时生成的多样体中去除若干多样体，可以使用skip_variants编译指示符，如以下代码所示。

    #pragma multi_compile_fwdadd

    // multi_compile_fwdadd指示符把"POINT"和"POINT_COOKIE"都开启了

    // 现在不想启用这两个

    #pragma skip_variants POINT POINT_COOKIE

    3.5 多平台着色器代码的支持

    b568f9a069994edcabfd0d9c3f401dc1.jpg

     ▲表3-14 编译指示符指定的目标渲染器和对应的宏

            使用#pragma only_renderers或#pragma exclude_renderers编译指示符，定义了如表3-9所示的目标渲染器后，着色器编译器会根据所启用的目标渲染器，定义上对应的宏。

    3.6 确定着色器编译器的版本

          3.6.1 和着色器编译器版本相关的宏

            确定着色器使用版本的代码段如下：

    1. // 所在文件：HLSLSupport.cginc代码
    2.  
    3. // 所在目录：CGIncludes
    4.  
    5. // 从原文件第3行开始，至第23行结束
    6.  
    7. #ifndef HLSL_SUPPORT_INCLUDED
    8.  
    9. #define HLSL_SUPPORT_INCLUDED
    10.  
    11. // 根据各个宏的预定义情况，确定底层使用哪个着色器编译器
    12.  
    13. #if !defined(UNITY_COMPILER_CG) && // 如果Cg编译器没有被指定启用
    14.  
    15.       !defined(UNITY_COMPILER_HLSL) && // 如果HLSL编译器没有被指定启用
    16.  
    17.       !defined(UNITY_COMPILER_HLSL2GLSL)&& //HLSL转GLSL编译器没使用
    18.  
    19.       !defined(UNITY_COMPILER_HLSLCC)//如果HLSLCC编译器没被启用
    20.  
    21. #if defined(SHADER_TARGET_SURFACE_ANALYSIS)
    22.  
    23. //
    24.  
    25. #define UNITY_COMPILER_CG
    26.  
    27.       #elif defined(SHADER_API_GLCORE) || defined(SHADER_API_GLES3)
    28.  
    29.               || defined(SHADER_API_VULKAN)
    30.  
    31. #define UNITY_COMPILER_HLSL
    32.  
    33. #define UNITY_COMPILER_HLSLCC
    34.  
    35. #elif defined(SHADER_API_D3D11) || defined(SHADER_API_D3D11_9X)
    36.  
    37.       || defined(SHADER_API_D3D9) || defined(SHADER_API_XBOXONE)
    38.  
    39.       #define UNITY_COMPILER_HLSL
    40.  
    41. #elif defined(SHADER_TARGET_GLSL) || defined(SHADER_API_WIIU)
    42.  
    43.       #define UNITY_COMPILER_HLSL2GLSL
    44.  
    45. #else
    46.  
    47.       #define UNITY_COMPILER_CG
    48.  
    49. #endif
    50.  
    51. #endif

          3.6.2 消除着色器代码中各平台的语义差异性

            1.利用宏消除各平台的语义差异性

    1. // 所在文件：HLSLSupport.cginc代码
    2.  
    3. // 所在目录：CGIncludes
    4.  
    5. // 从原文件第43行开始，至第73行结束
    6.  
    7. #if defined(UNITY_FRAMEBUFFER_FETCH_AVAILABLE) &&
    8.  
    9.       defined(UNITY_FRAMEBUFFER_FETCH_ENABLED) &&
    10.  
    11.       defined(UNITY_COMPILER_HLSLCC)
    12.  
    13. #define SV_Target CoLoR
    14.  
    15. #define SV_Target0 CoLoR0
    16.  
    17. #define SV_Target1 CoLoR1
    18.  
    19. #define SV_Target2 CoLoR2
    20.  
    21. #define SV_Target3 CoLoR3
    22.  
    23.  
    24.  
    25. #define COLOR VCOLOR
    26.  
    27. #define COLOR0 VCOLOR0
    28.  
    29. #define COLOR1 VCOLOR1
    30.  
    31. #define COLOR2 VCOLOR2
    32.  
    33. #define COLOR3 VCOLOR3
    34.  
    35. #endif

            UNITY_FRAMEBUFFER_FETCH_AVAILABLE宏用来表征目标硬件平台是否实现了“帧缓冲区撷取”（frame buffer fetch）这一功能；UNITY_FRAMEBUFFER_FETCH_ENABLED宏则表示假如功能实现，是否启用它。

            2. 消除SV Target和SV Depth语义在各平台的差异性

    1.  
    2. // 所在文件：HLSLSupport.cginc代码
    3.  
    4. // 所在目录：CGIncludes
    5.  
    6. // 从原文件第76行开始，至第125行结束
    7.  
    8. #if !defined(SV_Target)
    9.  
    10. # if !defined(SHADER_API_XBOXONE)
    11.  
    12. # define SV_Target COLOR
    13.  
    14. # endif
    15.  
    16. #endif

          3.6.3 关闭可忽视的编译警告

            可以使用#pragma warning（disable警告编号）语句关闭一些特定的编译警告，使在编译时不提示这些警告。

            //屏蔽把数据类型从大范围值转为小值时发生的警告

    #pragma warning (disable : 3205)

    3.6.4 Unity 3D Shader的基本数据类型

            1. 浮点数类型

            Cg/HLSL着色器语言中有几种浮点数的实现类型：float、half和fixed，以及基于它们所实现的向量和矩阵类型，如half3和float4x4。

    80dfee7f45e8453f95e7ca72ae76e65c.jpg

     ▲表3-15 Cg语言中的浮点数类型

            2.整数类型
            着色器语言中的整数类型通常用于循环次数计数，或者用于数组索引，所以在大多数平台上同一种整数类型大都能工作良好。但在不同平台中，对整数类型的实现有所不同，如在Direct3D 9和OpenGL ES 2.0平台下，整数类型在GPU内部是用浮点数去模拟的。因此，一些在C语言中常见的对整数进行移位、按位与、按位或、按位异或等位操作是不能在着色器代码中使用的。而在Direct3D 11、OpenGL ES3.0、Metal等平台上，则真正地拥有整数类型，可以对整型变量进行位操作。

  • 相关阅读:
    SAP 电商云 Spartacus UI 里的 ASM 模块启用的前置条件
    dpdk 多进程共享内存描述信息的机制
    【C++】类和对象（一）：什么是面向对象，访问限定符有哪些，类定义细节，结构体和类的关系。
    Vue3:基础语法
    用npm 用jest测试
    【IOS】启动报错Cannot launch ‘/private/var/containers/Bundle/Application/....‘
    小程序源码：社群微群人脉系统小程序版本源码下载带流量主功能实现广告效益
    Vue环境搭建
    NPDP考试应该怎么准备?考试攻略解析!
    Luogu P3373: 线段树
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/youmangu/article/details/136307824