文章目录
- 前言
- 一、在Shader中，手动把正交相机的坐标转化到裁剪空间
- 1、我们在属性面板定义一个变量，用于传入摄像机的信息
- 2、获取h、r、w、n、f
- 3、获取OpenGL下的转化矩阵
- 4、 获取DirectX下的转化矩阵
- 5、手动将观察空间下的坐标转换到裁剪空间下
- 6、这里为测试模型效果，进行了纹理采样（可选）
- 二、最终效果
- 1、OpenGL下：
- 2、DirectX下（需要注意的是，在DX平台下屏幕的 y 坐标是相反的，需要在转化矩阵的 y 对应位置乘以 -1）：
- 3、可以使用 UNITY_NEAR_CLIP_VALUE 来判断是什么平台
- 4、最终代码
前言
我们在上一篇文章中，进行了正交相机视图空间下转化到裁剪空间下的矩阵推导。
- Unity中Shader裁剪空间推导（正交相机到裁剪空间的转化矩阵）
我们在这篇文章中，在Unity的Shader中实现一下。
一、在Shader中，手动把正交相机的坐标转化到裁剪空间
- OpenGL下：
[ 2 w 0 0 0 0 2 h 0 0 0 0 2 n − f n + f n − f 0 0 0 1 ] \begin{bmatrix} \frac{2}{w} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & \frac{2}{h} & 0 &0\\ 0 & 0 & \frac{2}{n -f} &\frac{n + f}{n - f}\\ 0 & 0 & 0 & 1\\ \end{bmatrix} w20000h20000n−f2000n−fn+f1
- DirectX下：
[ 2 w 0 0 0 0 2 h 0 0 0 0 1 n − f n n − f 0 0 0 1 ] \begin{bmatrix} \frac{2}{w} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & \frac{2}{h} & 0 &0\\ 0 & 0 & \frac{1}{n -f} &\frac{n}{n - f}\\ 0 & 0 & 0 & 1\\ \end{bmatrix} w20000h20000n−f1000n−fn1
- ReversedZ
在DirectX中，因为精度问题
会把原本的范围从[0，1]修改为[1,0]。所以，矩阵需要按照之前的方法重新推导
[
2
w
0
0
0
0
2
h
0
0
0
0
1
f
−
n
f
f
−
n
0
0
0
1
]
\begin{bmatrix} \frac{2}{w} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & \frac{2}{h} & 0 &0\\ 0 & 0 & \frac{1}{f-n} &\frac{f}{f-n}\\ 0 & 0 & 0 & 1\\ \end{bmatrix}
w20000h20000f−n1000f−nf1
1、我们在属性面板定义一个变量，用于传入摄像机的信息
这里信息包括：
摄像机的Size（X）、近裁剪面（Y）、远裁剪面（Z） 和 屏幕宽高比（W）
1.7777……是 1920 / 1080 的比值。
_CameraParams(“Size(X),Near(Y),Far(Z) Ratio(W)”,Vector) = (0,0,0,1.777)
2、获取h、r、w、n、f
float h = _CameraParams.x * 2;
float w = h * _CameraParams.w;
float n = _CameraParams.y;
float f = _CameraParams.z;
3、获取OpenGL下的转化矩阵
//OpenGL
float4x4 M_clip01 = float4x4
(
2/w,0,0,0,
0,2/h,0,0,
0,0,2/(n - f),(n + f) / (n - f),
0,0,0,1
);
4、 获取DirectX下的转化矩阵
//DirectX
float4x4 M_clip02 = float4x4
(
2/w,0,0,0,
0,2/h,0,0,
0,0,1/(f-n),f/(f-n),
0,0,0,1
);
5、手动将观察空间下的坐标转换到裁剪空间下
//手动将观察空间下的坐标转换到裁剪空间下
o.vertexCS = mul(M_clip01,float4(vertexVS,1));
6、这里为测试模型效果，进行了纹理采样（可选）
- 属性面板接收纹理
_MainTex(“MainTex”,2D) = “white”{}
- 定义纹理 和 采样器
TEXTURE2D(_MainTex);
SAMPLER(sampler_MainTex);
- 在片元着色器中，采样并且使用
float4 mainTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex,sampler_MainTex,i.uv);
return mainTex;
二、最终效果
1、OpenGL下：
- Edit->ProjectSetting->Player 中修改项目渲染平台设置
//手动将观察空间下的坐标转换到裁剪空间下
o.vertexCS = mul(M_clip01,float4(vertexVS,1));
- 传入当前摄像机信息
2、DirectX下（需要注意的是，在DX平台下屏幕的 y 坐标是相反的，需要在转化矩阵的 y 对应位置乘以 -1）：
- Edit->ProjectSetting->Player 中修改项目渲染平台设置
//手动将观察空间下的坐标转换到裁剪空间下
o.vertexCS = mul(M_clip02,float4(vertexVS,1));
- 传入当前摄像机信息
3、可以使用 UNITY_NEAR_CLIP_VALUE 来判断是什么平台
裁剪空间下的近剪裁值,(DX为1,OpenGL为-1).
4、最终代码
//平移变换
//缩放变换
//旋转变换（四维）
//视图空间矩阵
//正交相机视图空间 -> 裁剪空间
Shader "MyShader/URP/P3_7_3"
{
Properties
{
[Header(MainTexx)]
_MainTex("MainTex",2D) = "white"{}
[Header(Transtion)]
_Translate("Translate(XYZ)",Vector) = (0,0,0,0)
_Scale("Scale(XYZ)",Vector)= (1,1,1,1)
_Rotation("Rotation(XYZ)",Vector) = (0,0,0,0)
[Header(View)]
_ViewPos("View Pos",vector) = (0,0,0,0)
_ViewTarget("View Target",vector) = (0,0,0,0)
[Header(Camera)]
_CameraParams("Size(X),Near(Y),Far(Z) Ratio(W)",Vector) = (0,0,0,1.777)
}
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;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct Varying
{
float4 vertexCS : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
float4 _Translate;
float4 _Scale;
float4 _Rotation;
float4 _ViewPos;
float4 _ViewTarget;
float4 _CameraParams;
CBUFFER_END
TEXTURE2D(_MainTex);
SAMPLER(sampler_MainTex);
Varying vert (Attribute v)
{
Varying o;
o.uv = v.uv;
//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);
//旋转变换
float4x4 M_rotateX = float4x4
(
1,0,0,0,
0,cos(_Rotation.x),sin(_Rotation.x),0,
0,-sin(_Rotation.x),cos(_Rotation.x),0,
0,0,0,1
);
float4x4 M_rotateY = float4x4
(
cos(_Rotation.y),0,sin(_Rotation.y),0,
0,1,0,0,
-sin(_Rotation.y),0,cos(_Rotation.y),0,
0,0,0,1
);
float4x4 M_rotateZ = float4x4
(
cos(_Rotation.z),sin(_Rotation.z),0,0,
-sin(_Rotation.z),cos(_Rotation.z),0,0,
0,0,1,0,
0,0,0,1
);
v.vertexOS = mul(M_rotateX,v.vertexOS);
v.vertexOS = mul(M_rotateY,v.vertexOS);
v.vertexOS = mul(M_rotateZ,v.vertexOS);
//观察空间矩阵推导
//P_view = [W_view] * P_world
//P_view = [V_world]^-1 * P_world
//P_view = [V_world]^T * P_world
float3 ViewZ = normalize(_ViewPos - _ViewTarget);
float3 ViewY = float3(0,1,0);
float3 ViewX = cross(ViewZ,ViewY);
ViewY = cross(ViewX,ViewZ);
float4x4 M_viewTemp = float4x4
(
ViewX.x,ViewX.y,ViewX.z,0,
ViewY.x,ViewY.y,ViewY.z,0,
ViewZ.x,ViewZ.y,ViewZ.z,0,
0,0,0,1
);
float4x4 M_viewTranslate = float4x4
(
1,0,0,-_ViewPos.x,
0,1,0,-_ViewPos.y,
0,0,1,-_ViewPos.z,
0,0,0,1
);
float4x4 M_view = mul(M_viewTemp,M_viewTranslate);
float3 vertexWS = TransformObjectToWorld(v.vertexOS);
//世界空间转化到观察空间
float3 vertexVS = mul(M_view,float4(vertexWS,1));
//相机参数
float h = _CameraParams.x * 2;
float w = h * _CameraParams.w;
float n = _CameraParams.y;
float f = _CameraParams.z;
//正交相机投影矩阵
//P_Clip = [M_Clip] * P_view
float4x4 M_clip;
if(UNITY_NEAR_CLIP_VALUE==-1)
{
//OpenGL
M_clip = float4x4
(
2/w,0,0,0,
0,2/h,0,0,
0,0,2/(n - f),(n + f) / (n - f),
0,0,0,1
);
}
if(UNITY_NEAR_CLIP_VALUE==1)
{
//DirectX
M_clip = float4x4
(
2/w,0,0,0,
0,-2/h,0,0,
0,0,1/(f-n),f/(f-n),
0,0,0,1
);
}
//手动将观察空间下的坐标转换到裁剪空间下
o.vertexCS = mul(M_clip,float4(vertexVS,1));
//观察空间 转化到 齐次裁剪空间
//o.vertexCS = TransformWViewToHClip(vertexVS);
//o.vertexCS = TransformObjectToHClip(v.vertexOS.xyz);
return o;
}
half4 frag (Varying i) : SV_Target
{
float4 mainTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex,sampler_MainTex,i.uv);
return mainTex;
}
ENDHLSL
}
}
}
