Unity的GPU编程问题解析

     在游戏蛮牛知识问答里面经常有人询问关于Unity中的Shader编程方面的函数问题，GPU编程其实就是把固定流水线的各种矩阵变换放到了GPU里面进行。

    下面给大家主要介绍一些基本的常识：

    我们在Shader编程中经常使用 Vertex & Fragment Shaders，通过举例说明：

struct Vert {  
    float4 vertex : POSITION;  
    float3 normal : NORMAL;  
    float4 texcoord : TEXCOORD0;  
};  
Vert Input(Vert v) {  
    Vert o;  
    o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);  
    o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);  
    o.color = ShadeVertexLights(v.vertex, v.normal);          
    return o;  
}

结构体Vert是定义的vertex program作为输入。接下来解析一下Input函数

o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);

 

意思是把顶点的位置和Unity提前定义的一个矩阵UNITY_MATRIX_MVP（在UnityShaderVariables.cginc里定义）相乘，从而把顶点位置从model space转换到projection space。我们使用了矩阵乘法操作mul来执行这个步骤。

o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);

纹理计算其uv坐标，即根据mesh上的uv坐标来计算真正的纹理上对应的位置。我们使用了Unity.CG.cginc中的宏TRANSFORM_TEX来实现。

宏TRANSFORM_TEX的定义：#define TRANSFORM_TEX(tex,name) (tex.xy * name##_ST.xy + name##_ST.zw)。我们需要在shader中定义一些额外的变量，即必须定义一个名为_YourTextureName_ST (也就是你的纹理的名字加一个 _ST后缀)。

 

 

Unity使用了三个数据来定义顶点光源：unity_LightPosition，unity_LightAtten和unity_LightColor。例如[0]表示最重要的光源。

当编写一个multi-pass的光照模型时，只需要一次处理一个单独的光源，这种情况下，Unity同样定义了一个名为_WorldSpaceLightPos0的值，来帮助我们得到它的位置，并且还提供了一个非常有用的函数ObjSpaceLightDir，它可以计算得到该光源的方向。而为了得到该光源的颜色，我们可以在程序中包含“Lighting.cginc”文件，然后使用_LightColor0进行访问。

 

接下来介绍一下Unity.CG.cginc包含的宏的解释：

 

宏TANGENT_SPACE_ROTATION（在UnityCG.cginc里定义）是用来来创建一个名为rotation的矩阵，并使用它把object space转换到tangent space中。

TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT宏，它在AutoLight.cginc里定义，它会根据该pass处理的光源类型（spot，point，or directional）来计算光源坐标的具体值，以及进行和shadow相关的计算等。

 

最后：我们在写Shader的时候，可以定义多个passes，其中每一个pass处理一个光源。一个Pass可以为该阶段定义一系列的tags。