CG语法

CG语句写在哪里？

对于顶点\片元着色器来说

CG语句需要写在Pass渲染通道语句块中

我们需要在Pass语句块中加入指令CGPROGRAM

指定着色器函数

我们需要先使用 #pragma 声明编译指令

用来指定 顶点、片元着色器使用的函数

#pragma vertex name(实现顶点着色器的函数名)
#pragma fragment name(实现片元着色器的函数名)

之后我们只需要在这两个函数中书写Shader逻辑即可

CG基础数据类型

声明

float a = 1.4;

基础复合数据类型

数组

int a[4] = {1,2,3,4};

二维数组

int b[2][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};

结构体

struct v2f{
    int a[4] = {1,2,3,4};
    int b[2][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};
}

特殊数据类型

向量

向量类型属于CG语言的内置数据类型

内置的向量类型是基于基础数据类型声明的

向量的最大维度不超过4维

数据类型可以是任意数值类型

int2 = int2(1,2);
float3 = float3(1.2,3.2,1);
half4 = half4(2,4,1,4);

矩阵

矩阵类型属于CG语言的内置数据类型

矩阵的最大行列不大于4，不小于1

数据类型可以是任意数值类型

int2x3 mInt2x3 = {1,2,3
                  4,5,6};

bool类型的特殊使用

bool类型同样可以用于如同向量一样声明

它可以用于存储一些逻辑判断结果

float3 a = (0.5,0.0,1.0);
float3 b = (0.6,-0.1,0.9);
bool3 c = a < b; //结果为bool3(true,true,false)

Swizzle操作符

Swizzle操作符通常以点号(.)的形式使用，后面跟着所需的分量顺序

对于四维向量来说我们可以通过向量.xyzw或向量.rgba

两种分量的写法来表示向量中的四个值

其中xyzw和rgba分别代表向量中的四个元素

在此的意义就是向量一般可以用来表示坐标和颜色

如何使用Swizzle操作符

利用它来提取分量

fixed4 f1 = fixed4(1,2,3,4);
fixed f = f1.w;//xyzw 4
f = f1.a //rgba 4 

利用它来重新排列分量

fixed4 f2 = fixed4(1,2,3,4);
f4 = f2.yzxw; //fixed4(2,3,1,4)

利用它来创建新的向量

 fixed4 f3 = fixed4(1,2,3,4);
 fixed3 f4 = f3.xyz;
 fixed2 f5 = f3.rg;
 fixed4 f5_2 = fixed4(f5,f5);

向量和矩阵的更多用法

利用向量声明矩阵

fixed4x4 f4x4 = {fixed4(1,2,3,4),
                 fixed4(1,2,3,4),
                 fixed4(1,2,3,4),
                 fixed4(1,2,3,4)};

获取矩阵中的元素

fixed f = f4x4[0][0];

利用向量获取矩阵中的某一行

fixed4 f4 = f4x4[0]

高维转低维

向量和矩阵都可以用低维存高维，会自动舍去多余元素

fixed3x3 f3x3 = f4x4;

运算符

比较运算符

条件运算符

逻辑运算符

逻辑运算符在CG中不存在C#中的"短路"操作

数学运算符

数学运算符在CG中取余符号只能向整数取余

条件分支语句

CG语法中的流程控制语句和C#中的使用一模一样

需要注意的是

在使用它们时要更多的考虑性能消耗

1. 尽量少的使用循环语句,如果一定要用要减少次数和复杂度
2. 要利用GPU并行性这一特点来替代循环
3. 尽量避免复杂的条件分支

函数

无返回值的函数

void name(in 参数类型 参数名, out 参数类型 参数名)
{
    //函数体
}

void：以void开头，表示没有返回值

name：函数的名称

in：表示是输入参数，表示由函数外部传递给函数内部，内部不会修改该参数，只会使用该参数进行计算，允许有多个

out：表示是输出参数，表示由函数内部传递给函数的调用者，在函数内部必须对该参数值进行初始化或修改，允许有多个

注意

in和out都可以省略，省略后就没有了in和out相关的限制

虽然可以省略，但是建议在编写Shader时不要省略in和out

因为他们可以明确参数的传递方式，提高代码的可读性和可维护性

有返回值的函数

type name(in 参数类型 参数名)
{
    //函数体
    return 返回值;
}

type：返回值类型

return：返回指定类型的数据

注意

虽然可以在有返回值的函数中使用out参数

但是这并不是常见做法，除非是一些自定义逻辑函数

对于顶点/片元着色器函数只会使用单返回值的方式进行处理

CG当中的函数声明和函数使用和C#中基本一致

区别主要是CG中的in和out关键字

1. in表示输入参数，用于外部传给内部，内部只会用，不会改，可以有多个
2. out表示输出参数，用于内部传给外部，内部必须初始化或修改，可以有多个

对于有返回值的函数，要不采用返回值形式，要不采用out

语义

G语言中提供了 语义 这种特殊关键字用于修饰函数中的传入参数和返回值

它的主要作用是让Shader知道从哪里读取数据，并把数据输出到哪里

让我们在Shader开发当中可以获取到想要的数据，并且可以把数据传递出去

Unity中只支持CG当中的部分语义

CGPROGRAM
#pragma vertex myVert
float4 myVert(float4 v:POSITION):SV_POSITION
{
    return UntiyObjectToClipes(v);
}
ENDCG

POSITION和SV_POSITION都是CG语言的语义

POSITION把模型的顶点坐标填充输入到参数v中

SV_POSITION顶点着色器输出的内容是裁剪空间中的顶点坐标

应用阶段—>顶点着色器

应用阶段传递模型数据给顶点着色器时Unity支持的语义

一般在顶点着色器回调函数的传入参数中应用

常用语义

顶点着色器—>片元着色器

从顶点着色器传递数据给片元着色器时Unity支持的语义

一般在顶点着色器回调函数的返回值中应用

常用语义

片元着色器输出

片元着色器输出时Unity支持的常用语义，一般在片元着色器回调函数的返回值中应用。

常用语义：

更多语义

HLSL语义汇总：https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl-semantics?redirectedfrom=MSDN

顶点/片元着色器传递更多参数

当我们在顶点/片元着色器当中想要获取更多模型相关信息时

可以使用结构体对数据进行封装

从而实现传递更多参数

声明用于传递给顶点着色器函数的结构体a2v

struct a2v
{
    //顶点坐标(基于模型空间)
    float4 vertex:POSITION;
    //顶点法线(基于模型空间)
    float3 normal:NORMAL;
    //纹理坐标(uv坐标)
    float2 uv:TEXCOORD0;
};

声明用于传递给片元着色器的结构体v2f

struct v2f
{
    //裁剪空间下的坐标
    float4 position:SV_POSITION;
    //顶点法线(基于模型空间)
    float3 normal:NORMAL;
    //纹理坐标(uv坐标)
    float2 uv:TEXCOORD0;
};

完整实例

CGPROGRAM
#pragma vertex myVert
#pragma fragment frag

//该结构体 是用于从应用阶段获取语义数据后 传递给顶点着色器回调函数的
struct a2v
{
    //顶点坐标(基于模型空间)
    float4 vertex:POSITION;
    //顶点法线(基于模型空间)
    float3 normal:NORMAL;
    //纹理坐标(uv坐标)
    float2 uv:TEXCOORD0;
};
//从顶点着色器传递给片元着色器的 结构体数据 
//同样这里面的成员也需要用语义去进行修饰
struct v2f
{
    //裁剪空间下的坐标
    float4 position:SV_POSITION;
    //顶点法线(基于模型空间)
    float3 normal:NORMAL;
    //纹理坐标(uv坐标)
    float2 uv:TEXCOORD0;
};
v2f vert(a2v data)
{
    //需要传递给片元着色器的数据
    v2f v2fData;
    v2fData.position = UnityObjectToClipPos(data.vertex);
    v2fData.normal = data.normal;
    v2fData.uv = data.uv;
    return v2fData;
}

fixed4 frag(v2f data):SV_Target
{
    return fixed4(0,1,0,1);
}

ENDCG

ShaderLab属性类型和变量类型的匹配关系

ShaderLab中声明的属性都是需要在Shader(着色器)逻辑中使用的

需要在CG中声明和属性对应类型的同名变量 才可以使用

Shader "ShaderName"{
    Properties{
        _Color("BackGroundColor", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader{
        Pass{
            CGPROGRAM
            //使用属性
            float4 _Color;
            ENDCG
        }
    }
    Fallback "VertexLit"
}

CG中变量类型的对应ShaderLab的属性类型

CG内置函数

Unity Shader中的CG语言提供了各种用于图形编程的函数

这些函数是CG为我们封装好的逻辑我们可以使用它们来编写Unity Shader

数学函数

三角函数相关

向量、矩阵相关

数值相关

其他

几何函数

纹理函数

注意：这些纹理采样函数返回值为 fixed4 类型的颜色值

二维纹理

立方体纹理

其他纹理

CG内置文件

我们可以在Unity的安装目录中找到CG内置文件

在Editor—>Data—>CGIncludes中

• 后缀为cginc的文件为CG语言内置文件
• 后缀为glslinc的文件为GLSL语言内置文件

他们是预定义的Shader文件，里面包含了一些已经写好的Shader相关逻辑

作用和CG内置函数一样，可以提升我们的Shader开发效率

可以直接使用其中的方法等内容来进行逻辑开发

常用的内置文件

使用CG内置文件

在CG语句块中进行引用

通过编译指令

#include "内置文件名.cginc

我们便可以在CG语言中使用其中的内容

注意：一些常用的函数、宏、变量，可以不用引用，Unity会在编译时自动识别

但是为了避免报错，建议都引用

“宏"通常指的是一种预处理指令或代码片段，用于在代码中进行文本替换。

宏允许程序员定义一个标识符（通常以大写字母表示）来代表一个代码片段，

然后在编译时将这个标识符替换为相应的代码，这种替换过程称为宏展开。

常用内容

常用方法（来自 UnityCG.cginc）

常用结构体（来自 UnityCG.cginc）

变换矩阵宏（来自 UnityShaderVariables.cginc）

坐标空间变换顺序

模型空间 -> 世界空间 -> 观察空间 -> 裁剪空间 -> 屏幕空间

常用变量

CG中的内置文件和内置函数一样，都是用于帮助我们进行Shader开发的。
通过利用其中的函数、宏、全局变量等内容，我们可以提高Shader开发的效率。
建议将常用的内置文件、函数、宏、变量等内容记到笔记中，方便查阅。
更多内置文件和函数的资料可以参考Unity官网的相关文档：

• 内置文件相关
• 函数相关
• 宏相关
• 变量相关