Unity中Shader缩放矩阵

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前言

在Shader中，我们对于顶点经常使用到缩放变换。我们在这篇文章中，用点的缩放看一下缩放变换的缩放矩阵。

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一、直接相乘缩放

P₁ = P*S
P₁ = (P_x * S_x,P_y * S_y,P_z * S_z)

1、在属性面板定义一个四维变量，用xyz分别控制在xyz轴上的缩放

_Scale(“Scale(XYZ)”,Vector)= (1,1,1,1)

2、在常量缓存区申明该变量

CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
float4 _Scale;
CBUFFER_END

3、在顶点着色器对其进行相乘，来缩放变换

v.vertexOS *= _Scale;

4、我们来看看效果

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二、使用矩阵乘法代替直接相乘缩放的原理

1、我们按如下格式得到缩放矩阵

扩维到四维的原因：因为平移矩阵是4维的，使缩放矩阵变成同一维度，在之后可以合并变换矩阵

• Scale（a,b,c）
  

2、把我们需要平移的点变为列矩阵

• P(x,y,z)
  

3、M_scale* P 得到缩放变换后的结果

4、我们在图形计算器中看看效果

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三、在URP Shader中实现

1、在属性面板定义一个四维变量，用xyz分别控制在xyz轴上的缩放

_Scale(“Scale(XYZ)”,Vector)= (1,1,1,1)

2、在常量缓存区申明该变量

CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
float4 _Scale;
CBUFFER_END

3、在顶点着色器中得到缩放矩阵

float4x4 M_Scale = float4x4
(
_Scale.x,0,0,0,
0,_Scale.y,0,0,
0,0,_Scale.z,0,
0,0,0,1
);

4、因为Attribute接收顶点格式为（x,y,z,1）且mul相乘规则的原因。所以，我们的列矩阵就是 vertexOS

5、相乘得到结果

v.vertexOS = mul(M_Scale,v.vertexOS);

6、我们来看看效果

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四、测试代码

//平移变换
Shader "MyShader/URP/P3_5_3"
{
    Properties
    {
        _Translate("Translate(XYZ)",Vector) = (0,0,0,0)
        _Scale("Scale(XYZ)",Vector)= (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Tags
        {
            "PenderPipeline"="UniversalPipeline"
            "RenderType"="Opaque"
            "Queue"="Geometry"
        }
        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl"
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"

            struct Attribute
            {
                float4 vertexOS : POSITION;
            };

            struct Varying
            {
                float4 vertexCS : SV_POSITION;
            };

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
            float4 _Translate;
            float4 _Scale;
            CBUFFER_END
            Varying vert (Attribute v)
            {
                Varying o;
                //平移变换
                float4x4 M_Translate = float4x4
                    (
                    1,0,0,_Translate.x,
                    0,1,0,_Translate.y,
                    0,0,1,_Translate.z,
                    0,0,0,1
                    );
                v.vertexOS = mul(M_Translate,v.vertexOS);
                //缩放交换
                float4x4 M_Scale = float4x4
                    (
                    _Scale.x,0,0,0,
                    0,_Scale.y,0,0,
                    0,0,_Scale.z,0,
                    0,0,0,1
                    );
                v.vertexOS = mul(M_Scale,v.vertexOS);
                o.vertexCS = TransformObjectToHClip(v.vertexOS.xyz);
                return o;
            }

            half4 frag (Varying i) : SV_Target
            {
                return 1;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}