Shader属性讲解+Cg语言讲解

CPU调用GPU传递数据

        修改Render组件的material属性

在脚本中更改游戏物体材质颜色代码示例：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;public class TestFixedColor : MonoBehaviour
{void Start(){//创建预制体GameObject prefab = Resources.Load<GameObject>("Prefabs/TestFixedColor");//创建到场景中GameObject testFixedColor=Instantiate<GameObject>(prefab);//获得MeshRender（材质在渲染器下）MeshRenderer meshRenderer= testFixedColor.GetComponent<MeshRenderer>();//获得材质，修改Shader的颜色属性//render.material可以获得材质球//材质下面的SetXXX()函数，可以修改材质球的属性，材质球的属性和Shader有关联关系//所以修改材质球的属性，进而会影响到shader的执行//参数1：shader中需要修改的属性名称//参数2：需要修改的值//meshRenderer.material.SetColor("_Color",Color.blue);//设置自定义颜色meshRenderer.material.SetColor("_Color", new Color(59f/255f,118f/255f,72f/255f,1f));}
}

Shader支持的属性类型

        颜色：向Shader传递颜色值

        浮点数：传递数字，作为阈值

        范围：具有最大值，最小值的数

        四维向量：传递一个向量或点

        2D纹理

                MipMaps:一个纹理存储时，会生成多个质量的纹理，根据摄像机和物体的距离，

                显示相应质量的纹理 

        Rect纹理        

                和2D纹理类似，不支持MipMaps

        Cube纹理

                实现天空盒，实现金属对全局环境的反光

以上纹理在Shader文件中的示例：

Shader "CreateTest/FixedTexture"
{Properties{//2D纹理属性_MainTex("主纹理",2D) = "white"{}//Rect纹理_RectTex("Rect纹理",Rect)=""{}//盒子纹理_CubeTex("Cube纹理",Cube)=""{}//浮点常数_Float("浮点数",Float)=12//齐次坐标（点，向量）_Vector("齐次坐标",Vector)=(1,1,1,0)//数字范围_Range("透明度范围",Range(0,1))=1}SubShader{Pass{//固定管线着色器贴纹理SetTexture[_MainTex]{//将设置的纹理合并到物体上Combine texture}}}
}

材质球相关显示：

Cg语言介绍

        可编程管线语言（3种）

                GLSL：支持OpenGL接口

                HLSL：支持DirectX接口

                Cg:C for Graphic,支持两种图形化接口，由NVIDIA开发，Cg允许对顶点变换和

                像素着色进行编程

        介绍

                Cg支持的7种数据类型：1.float,2.half,3.int,4.fixed,5.bool,6.sampler*,7.string。

                Cg提供了内置的向量数据类型（built-in vector data types）,内置的向量数据类型

                基于基础数据类型。

                        例如：float4，表示float类型的四元向量。

                        注意：向量最长不能超过四元，即在Cg程序中可以声明float1，float2,float3,float4

                        类型的数组变量，但是不能声明超过四元的向量。

                向量初始化的方式一般为：float4 array=float4(1.0,2.0,3.0,4.0);

                Cg提供矩阵数据类型，不过最大的维数不能超过4*4阶。

                         例：float4x2 matrix3;//表示4*2阶矩阵，包含8个float类型数据。

                        矩阵的初始化方式为：float2x3 matrix5={1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0};

                着色程序中，数组通常使用的目的：作为从外部应用程序传入大量参数输出到Cg

                的顶点程序中的形参接口。

                简言数组数据类型在Cg程序中的作用是：作为函数的形参，用于大量数据的传递。

                Cg声明数据变量：                       

                        float a[10];//声明一个数组，包含10个float类型数据

                        float4 b[10];//声明一个数组，包含10个float4类型向量数据

                对数组进行初始化的方式为：float a[4]={1.0,2.0,3.0,4.0};//初始化一个数组

                获取数组长度：float a[2]={1.0,2.0};  int nLen=a.Length;

                声明多维数组以及初始化的方式如下所示：

                        float b[2][3] = {{0.0,0.0,0.0},{1.0,1.0,1.0}};

                对多维数组取长度的方式为：

                        int length1=b.length;  //length1值为2

                        int length2=b[0].length;//length2值为3

                数组和矩阵有些类似，但并不相同

                        例：4*4阶数组的声明：float M[4][4];

                                4阶矩阵的声明方式：float4x4 M;

                前者是一个数据结构，包含16个float类型数据，后者是一个4阶矩阵数据。

                注意：进行数组变量声明时，一定要指定数组长度，除非是作为函数参数而声明

                的形参数组。

                Cg语言支持结构体（structure），实际上Cg中的结构体的声明、使用和C++非常

                类似（只是类似，不是相同）。

                声明一个该结构体类型的变量，代码如下：

struct myAdd
{float val;float add(float x){return val+x;    }
};
myAdd s;

                 注意：在当前的所有的profile版本下，如果结构体的一个成员函数使用了成员变量，

                则该成员变量要声明在前。此外，成员函数是否可以重载依赖于使用的profile版本。 

                Cg中的类型转换和C语言中的类型转换很类似，C语言中类型转换可以是强制类

                型转换，也可以是隐式转换，如果是后者，则数据类型从低精度向高精度转换。

                在Cg语言中也是如此。例：

                        float a = 1.0;

                        half b=2.0;

                        float c=a+b;//等价于float c=a+(float)b\

                Cg语言中对于常量数据可以加上类型后缀，表示该数据的类型，例如:

                        float a = 1.0;

                        float b=a+2.0h;//2.0h为half类型常量数据，运算是需要做类型转换

                常量的类型后缀（type suffix）有3种：

                        1.f:表示float;

                        2.h:表示half;

                        3.x:表示fixed;

                Cg语言表达式允许对向量使用所有的boolean operator,如果是二元操作符，则被操

                作的两个向量的长度必须一致。表达式中向量的每个分量都进行一对一的运算，最

                后返回的结果是一个bool类型的向量，长度和操作数向量一致。例如：

                        float3 a = float3(0.5,0.0,1.0);

                        float3 b=float3(0.6,-0.1,0.9);

                        bool3 c = a<b;

                运算后向量c的结果为bool3(true,false,false);

                逻辑操作符也可以对向量使用，返回的变量类型是同样长度的内置bool向量。

                 C/C++的宏：函数是调用结构，宏是替换代码。

                注意：Cg中的逻辑与（&&）和逻辑或（||）不存在C中的短路现象（short-circuiting,

                即只用就算一个操作数的bool值即可），而是参与运算的操作数据都进行bool分析。

                短路现象        

                        bool con1=true

                        int a = 10

                        int b = 20

                        con1||(a>b)

                        con1如果为true，在C中，ab的值不会比较，但是Cg会比较所有条件

                        

                        $a=true

                        $a||$b=true

                        if(!$a){

                                $b=true

                        }

               Cg语言对向量的数学操作提供了内置的支持，需要注意的是：求余操作符%。只能在

                int类型数据间进行，否则编译器会提示错误信息：

                error C1021:operands to "%" must be integral.

                可以使用Cg语言中的swizzle操作符（.）将一个向量的成员取出组成一个新的向

                量。swizzle操作符被GPU硬件高效支持。

                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，第四个元素；

                swizzle操作符后接r,g,b,a的含义与前者等同。不过为了程序的易读性，建议对于表示

                颜色值的向量，使用swizzle操作符后接r,g,b和a的方式。

                        float4(a,b,c,d).xyz;//等价于float3(a,b,c)

                        float4(a,b,c,d).xyy;//等价于float3(a,b,b)

                        float4(a,b,c,d).wzyx;//等价于float3(d,c,b,a)

                        float4(a,b,c,d).w;//等价于float d

                注意：Swizzle操作符只能对结构体和向量使用，不能对数组使用。

                Cg中的控制流语句和循环语句与C语言类似。

                条件语句有：if,if-else,if-else if-else;

                循环语句有：while，for;

                break,continue语句可以在for和while语句中使用。

                Cg中创造了一系列独特的关键字，这些关键字不但用于指定输入图元的数据含义

                （是位置信息，还是法向量信息），本质也则对应着这些图元数据存放的硬件资源

                （寄存器或者纹理），称之为语义词（Semantics），通常也根据其用法称之为绑

                定语义词（binding semantics）。

                除语义词外，Cg中还提供了三个关键字：in,out,inout。用于表示函数的输入参数的

                传递方式，称为输入\输出关键字，这组关键字可以和语义词合用表达硬件上不同的

                存储位置，即同一个语义词，使用in关键字修辞和out关键词修辞，表示的图形硬件

                上不同的寄存器。

                Cg语言还提供两个修辞符：uniform用于指定变量的数据初始化方式；const关键字

                表示被修辞变量为常量变量。

                Cg语言将数据流分为两类：

                1.Varying inputs,即数据流输入图元信息的各种组成要素。

                2.Uniform inputs,表示一些与三维渲染有关的离散信息数据，这些数据通常由应用程

                序传入，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，运动矩阵

                等。

                注意：uniform修辞的变量的值是从外部传入的，所以Cg程序（顶点程序和片段程序）

                中通常使用uniform参数修辞函数形参，不容许声明一个用uniform修辞的局部变量！

                Cg输入语义与输出语义的区别

                语义：是两个处理阶段（顶点程序、片段程序）之间的输入/输出数据和寄存器之间

                的桥梁，同时语义通常也表示数据的含义，如POSITION一般表示参数种存放的数据

                是顶点位置。

                语义：只对两个处理阶段的输入/输出数据有意义，也就是说语义只有在入口函数中才

                有效，在内部函数（一个阶段的内部处理函数，和下一个阶段没有数据传递关系）的

                无效，被忽略。

                语义：分为输入语义和输出语义，输入语义和输出语义是有区别的

                Cg常用语义：

                POSITION,BLENDWEIGHT,NORMAL,TANGENT,BINORMAL,PSIZE,BLENDINDICES,

                TEXCOORD0---TEXCOORD7

                参数使用语义使用举例：in float4 modelPos:POSITION

                顶点着色程序的输出语义：示例代码

void main v(float4 position:POSITION,out float4 oposition:POSITION,uriform float4x4 modelViewProj)
{//oposition=mul(modelViewProj,position);
}

               为了保持顶点程序输出语义和片段程序输入语义的一致性，通常使用相同的struct类型

                数据作为两者之间的传递，这是一种非常方便的写法，推荐使用。例如： 

struct VertexIn{
float4 position:POSITION;
float4 normal:NORMAL;
};
struct VertexScreen{
float4 oPosition:POSITION;
float4 objectPos:TEXCOORD0;
float4 objectNormal:TEXCOORD1;
};

                注意：当使用struct结构中的成员变量绑定语义时，需要注意到顶点着色程序中使用

                的POSITION语义词，是不会被片段程序所使用的。 

                语义绑定方法

                入口函数输入\输出数据的绑定语义有四种方法：

                1.绑定语义放在函数的参数列表的参数声明后面中：

[const][in|out|inout]<type><identifier>[:<binding-semantic>][=<initializer>]

                2.绑定语义可以放在结构体（struct）的成员变量后面：

struct <struct-tag>{
<type><identifier>[:<binding-semantic>];
};

                3.绑定语义词可以放在函数声明的后面，其形式为：

<type><identifier>(<parameter-list>)[:<binding-semantic]{
<body>
}

                4.最后一种语义绑定的方法是，将绑定语义词放在全局非静态变量的声明后面。其形

                式为：

<type><identifier>[:<binding-semantic>][=<initializer>];

                Cg标准函数库

                和C的标准函数库类似，Cg提供了一系列内建的标准函数。这些函数用于执行数学上

                的通用计算或通用算法（纹理映射等）。 

                Cg标准函数库主要分为五个部分：

                1.数学函数（Mathematical Functions);

                2.几何函数（Geometric Functions);

                3.纹理映射函数（TextureMapFunctions);

                4.偏导数函数（Derivative Functions);

                5.调试函数（Debugging Function);

 该系列专栏为网课课程笔记，仅用于学习参考。