Unity | Shader基础知识（第五集：案例＜小彩球＞)

news2024/11/24 20:23:54

一、本节介绍

1 上集回顾

2 本节介绍

二、原理分析

1 现实中出现彩色的原因

2 软件里的彩色的原理

3 方案

三、实现数字由【-1,1】映射为【0,1】

1 结论

2 原理

四、代码实现

1 注意事项

2 详解结构体appdata_base

3 接收数据

4 映射数据

5 输出给SV_TARGET

五、全部代码

六、下集介绍

一、本节介绍

1 上集回顾

上节课我们学到，Shader的结构体。

2 本节介绍

这节课我们要根据之前所学的所有语法，制作一个彩色的小球（如图一所示）。

二、原理分析

1 现实中出现彩色的原因

这种颜色我们经常会在彩虹身上发现，原因就是光的折射（初中物理知识），换句话说，就是光的方向不同，不同方向的光射入到人的眼睛里组合成了不同的颜色。

2 软件里的彩色的原理

我们只需要输出不同的连续数据的颜色就可以了。

3 方案

光射到物体上会被反射（如图2所示），在光线中间的位置，画一条线，我们叫它法线。

当光线照射在球体上时（如图3所示）：

结论：球体上的法线刚好是连续的从向量（-1，-1，-1）到（1，1，1）的值。

我们输出的颜色的值，是0到1之间，那我们只需要让-1到1，等比变成0到1就可以了。

例：

如果是-1，输出0

如果是0，输出0.5

如果是1，输出1

以此类推。

这个关系叫做映射

三、实现数字由【-1,1】映射为【0,1】

1 结论

我们只需要先除以2，再加0.5，就可以实现映射

2 原理

a. 因为【-1,1】的距离是2，【0,1】的距离是1，所以如果我们拿到【-1,1】中的其中一个数，先除以2，就可以让他们比例相同。

b. 【-1,1】除以2，就会变成【-0.5,0.5】

c. 这时，我们给【-0.5,0.5】都加上0.5，范围就会变成【0,1】

四、代码实现

代码接着上集写的。

1 注意事项

之前是最后传了一个颜色，不管哪个点，都显示一个颜色，这次是每个顶点需要不同的颜色。

2 详解结构体appdata_base

结构体预览：

struct appdata_base {
    float4 vertex : POSITION;       //顶点坐标
    float3 normal : NORMAL;         //法线
    float4 texcoord : TEXCOORD0;    //第一纹理坐标
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID  //ID信息
};

如果我们声明了这个结构体，这个结构体会自带值，这个值就是后面的语义里所带的值。

appdata_base vert(appdata_base v)
            {
            }

如果我们改变了这个结构体，在把它return出去，改变的值就会自己输出到后面的语义里，进行下一轮计算。

appdata_base vert(appdata_base v)
            {
            //我们在这里把顶点坐标改成了屏幕坐标，传回了appdata_base里
            v.vertex =UnityObjectToClipPos(v.vertex);

            //因为最后return了，所以v.vertex会被语义POSITION接收
            return v;
            }

到此，我们的顶点计算就完成了，也输出给了POSITION。

3 接收数据

改完顶点坐标，我们又进入了片元着色器。

因为我们在顶点着色器里修改的值，实际上是储存在语义里了，我们再次声明也是从语义里接收数据，所以我们只需要再次声明appdata_base，我们就可以接收到顶点着色器中修改过的数据。

4 映射数据

声明float3用来接收数学修改过的数据。

 float4 frag(appdata_base v):SV_TARGET
            {
            float3 n;
            }

按照之前的数学知识，把法线映射成【0,1】的数据，存在上面的代码n中

 float4 frag(appdata_base v):SV_TARGET
            {
                                    //因为你是一组数，不是一个数，所以不能直接加0.5
            float3 n = v.normal/2+float3(0.5,0.5,0.5);
            }

5 输出给SV_TARGET

此时，我们每一个顶点，对应着一个法线，

每一个法线值，会映射成不同的【0,1】之间的值，

我们把这个值输出出去。

由于，我们SV_TARGET是float4，我们需要补一个值

备注：在CG语言中，补一个值就直接括号后面加一个值就可以

 float4 frag(appdata_base v):SV_TARGET
            {
                                    //因为你是一组数，不是一个数，所以不能直接加0.5
            float3 n = v.normal/2+float3(0.5,0.5,0.5);
            
                        //n是float3，但返回的是float4,所以后面补一个1
            return float4(n,1);
            }

最后，保存，上材质，我们就得到一个彩色的球啦。

五、全部代码

Shader "Custom/001"
{
SubShader
    {
        pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include"UnityCG.cginc"

            appdata_base vert(appdata_base v)
            {
            v.vertex =UnityObjectToClipPos(v.vertex);
            return v;
            }

            float4 frag(appdata_base v):SV_TARGET
            {
                                    //因为你是一组数，不是一个数，所以不能直接加0.5
            float3 n = v.normal/2+float3(0.5,0.5,0.5);

            return float4(n,1);
            }

            ENDCG
        }
    }
}