shader 案例学习笔记之smoothstep函数

参考：smoothstep

用来生成0-1的平滑过渡值

smoothstep函数源码实现： 

float smoothstep(float t1, float t2, float x) {// Scale, bias and saturate x to 0..1 rangex = clamp((x - t1) / (t2 - t1), 0.0, 1.0); // Evaluate polynomialreturn x * x * (3 - 2 * x);
}

先理解clamp函数：

用于将一个值限制在给定的范围之内。其语法为clamp(x, minVal, maxVal)，它接受三个参数：

• x：要被限制的值。
• minVal：范围的最小值。
• maxVal：范围的最大值。

#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endifuniform vec2 u_resolution;
uniform float u_time;void main(){vec2 st = gl_FragCoord.xy/u_resolution.xy;st.x *= u_resolution.x/u_resolution.y;float maxValue = abs(sin(u_time)) * 0.5;float f = clamp(st.y, 0.0, maxValue);gl_FragColor = vec4(f,f,f, 1.0); 
}

•  float maxValue = abs(sin(u_time));
  • sin(u_time)返回[-1,1]的值，abs(sin(u_time)) 取绝对值将该值限制在了[0,1]，再乘以0.5返回[0,0.5]

• float f = clamp(st.y, 0.0, maxValue);

  • maxValue的区间为[0,0.5]

  • clamp(st.y, 0.0, maxValue)将屏幕的Y值限制在[0,0.5]之间

• 

x = clamp((x - t1) / (t2 - t1), 0.0, 1.0);

• x的值被限制在0-1之间。

绘制圆环：

#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endifuniform vec2 u_resolution;void main(){vec2 st = gl_FragCoord.xy/u_resolution.xy;st -=0.5;st.x *= u_resolution.x/u_resolution.y;float r = length(st);float r1 = smoothstep(0.2,0.3 ,r );float r2 = smoothstep(0.3,0.4 ,r );float color = r1- r2;gl_FragColor = vec4(vec3(color),1.0);
}

r1-r2的函数图像 

绘制结果 

另一种实践

#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endifuniform vec2 u_resolution;float plot(vec2 st,float pct ){return  smoothstep( pct-0.02, pct, st.y) -
smoothstep( pct, pct+0.02, st.y);
}void main(){vec2 st = gl_FragCoord.xy/u_resolution;float y = step(0.5,st.x);vec3 color = vec3(y);float pct = plot(st,y);color = (1.0-pct) * color + pct * vec3(0.0,1.0,0.0);gl_FragColor = vec4(color,1.0);}

绘制结果

 

代码解析：

•  vec2 st = gl_FragCoord.xy/u_resolution;
  • 坐标归一化，将屏幕坐标映射到[0,1]

• float y = step(0.5,st.x);

  • step函数。根据st的x分量，当x大于等于0.5时，返回1.0，否则返回0.

  • 所以y的值只有两种：0或者1

• vec3 color = vec3(y);  以y的值构建三维向量，那么color也只有两个情况：(1.0,1.0,1.0)或者(0.0,0.0,0,0)

  • 当st.x分量值小于0.5对应颜色为(0.0,0.0,0,0)

  • 当st.x分量值大于等于0.5对应颜色为(1.0,1.0,1.0)

  • 所以屏幕以0.5为分界线左侧是黑色，右侧为白色

• float pct = plot(st,y);

• float plot(vec2 st,float pct ){

  •   return  smoothstep( pct-0.02, pct, st.y) -

            smoothstep( pct, pct+0.02, st.y);

    }

  • 调用函数plot，plot接收两个参数，一个是二维向量st，另一个是浮点数pct。根据输入的参数计算并返回一个浮点数结果

  • 分析函数图像：

    • 

    • 

那么可以得出结论，当st.y接近pct（0或者1时），返回1.所以能看到st.y=0和st.y=1时，图像会高亮 

• color = (1.0-pct) * color + pct * vec3(0.0,1.0,0.0);

  • pct * vec3(0.0,1.0,0.0) 是将原来的白色变成了绿色

  • (1.0-pct) * color 通过pct的值来影响原来的颜色，pct越大，影响越大