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顶点着色器与顶点

顶点着色器(Vertex Shader)和顶点(Vertex)是与计算机图形学和3D游戏开发相关的概念。

顶点是构成3D模型的基本单位,通常由三维空间中的一个点来表示。在计算机图形学中,顶点着色器是一种特殊的图形处理单元,它的主要作用是对3D模型的顶点进行变换和处理,以便在屏幕上正确地显示出来。

顶点着色器的主要功能包括:

  1. 顶点变换:顶点着色器可以对3D模型的顶点进行各种变换,例如平移、旋转、缩放等,以便将3D模型放置在正确的位置上。
  2. 纹理映射:顶点着色器可以将纹理映射到3D模型的顶点上,以便在屏幕上正确地显示出纹理效果。
  3. 光照计算:顶点着色器可以计算3D模型的顶点在光源下的光照效果,以便在屏幕上正确地显示出光照效果。

顶点着色器是图形处理的重要组成部分,它可以大大提高3D游戏和计算机图形学的渲染效率和质量。

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    UnityObjectToClipPos(v.vertex); 最基本的顶点变换,模型空间 ==》裁剪空间 mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex); 顶点:模型空间 ==》世界空间,多用于顶点着色器 UnityObjectToWorldNormal(v.normal); 法线:模型空间 ==》世界空间,多用于顶点着色器,float3(归一化后fixed3) UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos.xyz); 仅前向渲染,世界空间顶点位置 ==》世界空间光源方向,多用于片元着色器,一般会顺带归一化(fixed3) UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos.xyz); 世界空间顶点位置 ==》世界空间视线方向,多用于片元着色器,一般会顺带归一化(fixed3) P.S.一般[0,1]范围内的尽量用低精度fixed类型,如单位矢量,颜色等 Tags{"lightmode"="forwardbase"}(字符串不区分大小写,编译时会自动转为所有字母大写) 指示光照模型为前向渲染的基本模式 #include "UnityCG.cginc"(字符串不区分大小写,编译时会自动转为所有字母大写) 包含大量基本内置函数,宏等,一般自带 #include "lighting.cginc"(字符串不区分大小写,编译时会自动转为所有字母大写) 包含基本光照属性,如 _LightColor0 UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT(使用大写) 环境光,一般取前三个分量rgb(xyz);基本光照模型需要有环境光,漫反射,高光等 基本纹理&法线贴图: TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex); 基本纹理变换,用于顶点着色器,相当于v.uv*_MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;(其中xy存缩放,zw存偏移,对应面板参数);_MainTex_ST需额外定义 tex2D(_MainTex, i.uv); 基本纹理采样,用于片元着色器;一般会定义染色属性并与之相乘得到反射率(albedo),反射率作为环境光和漫反射计算的因子 UnpackNormalWithScale(packedNormal, _BumpScale); 反映射法线贴图采样结果得到顶点空间中的法线方向,同时计算凹凸映射的缩放;packedNormal为法线贴图直接采样结果,_BumpScale为凹凸缩放值;法线贴图必须进行导入设置为Normal Map UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz); 方向(切线):模型空间 ==》世界空间,多用于顶点着色器 cross(worldNormal, worldTangent)*v.tangent.w 计算副法线,cross(,)两个向量叉积,用于得知两个坐标轴求第三个坐标轴朝向,w控制朝向的正负;知道三个朝向就可以构造变换矩阵了 TANGENT_SPACE_ROTATION 得到从模型空间到顶点空间的变换矩阵rotation,随后可直接进行如下计算,例如: mul(rotation, ObjSpaceLightDir(v.vertex)); 模型空间顶点位置 ==》模型空间光源方向==》顶点空间光源方向 mul(rotation, ObjSpaceViewDir(v.vertex)); 模型空间顶点位置 ==》模型空间视线方向==》顶点空间视线方向 多光源&前向渲染&光照衰减: Tags{"lightmode"="forwardbase"}(第一个Pass,全局性通用计算,只计算一次,不用开启混合) Tags{"lightmode"="forwardadd"}(第二个Pass,根据光源数目不同可能多次计算,需开启混合) 前向渲染的两种标签,分别位于不同的两个Pass,指示每个Pass的光照模式 #pragma multi_compile_fwdbase #pragma multi_compile_fwdadd 前向渲染的两种指令,只有每个Pass配置正确指令才可能得到正确的光照变量,如光照衰减值 UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos.xyz); 用于第二个Pass分别计算每个光源的衰减,atten为输出的衰减值,i为片元着色器的输入结构体,其内部数学运算根据各个光照的类型不同复杂度不一,具体可参考:https://github.com/candycat1992/Unity_Shaders_Book/issues/47 接收投影: SHADOW_COORDS(idx) 声明阴影纹理采样的坐标,用于顶点着色器输出结构体,idx为下一个可用插值寄存器(TEXCOORD)的索引值 TRANSFER_SHADOW(o); 用于在顶点着色器

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