一、内置包含文件
Unity中有类似于C++的包含文件.cginc，在编写Shader时我们可以使用#include指令把这些文件包含进来
这样我们就可以使用Unity为我们提供的一些非常好用的函数、宏和变量。
例如：#include"UnityCG.cginc"
包含文件的位置：根目录\Editor\Data\CGIncludes
知识点1：以下是Unity中常用包含文件：
文件名 描述
1、UnityCG.cginc 包含最常用的帮助函数、宏和结构体
2、UnityShaderVariables.cginc 在编译Shader时，会被自动包含进来，包含了许多内置的全局变量，如UNITY_MATRIX_MVP
3、Ligghting.cginc 包含了各种内置光照模型，如果编写SurfaceShader的话，会被自动包含进来
4、HLSLSurport.cginc 在编译Shader时，会被自动包含进来，声明了很多跨平台编译的宏和定义
Unity5.2引入了许多新的重要的包含文件，如UnityStandardBRDF.cginc等。这些文件用于实现基于物理的渲染
知识点2：UnityShader中常用的结构体
名称 描述 包含的变量
appdata_base 用于顶点着色器输入 顶点位置、顶点法线、第一组纹理坐标
appdata_tan 用于顶点着色器输入 顶点位置、顶点切线、顶点法线、第一组纹理坐标
appdata_full 用于顶点着色器输入 顶点位置、顶点切线、顶点法线、四组（或更多）纹理坐标
appdata_img 用于顶点着色器输入 顶点位置、第一组纹理坐标
v2f_img 用于顶点着色器输出 裁剪空间中的位置、纹理坐标
struct appdata_img
{
float4 vertex : POSITION;
half2 texcoord : TEXCOORD0;
};struct appdata_base
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};struct appdata_tan
{
float4 vertex : POSITION;
float4 tangent : TANGENT;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};struct appdata_full
{
float4 vertex : POSITION;
float4 tangent : TANGENT;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
float4 texcoord1 : TEXCOORD1;
float4 texcoord2 : TEXCOORD2;
float4 texcoord3 : TEXCOORD3;
#if defined(SHADER_API_XBOX360)
half4 texcoord4 : TEXCOORD4;
half4 texcoord5 : TEXCOORD5;
#endif
fixed4 color : COLOR;
};struct v2f_img
{
float4 pos : SV_POSITION;
half2 uv : TEXCOORD0;
};知识点3：UnityShader中常用的帮助函数
函数名 描 述
float3 WorldSpaceViewDir(float4 v) 输入一个模型顶点坐标，得到世界空间中从该点到摄像机的观察方向
float3 ObjSpaceViewDir(float4 v) 输入一个模型顶点坐标，得到模型空间中从该点到摄像机的观察方向
float3 WorldSpaceLightDir(float4 v) 输入一个模型顶点坐标，得到世界空间中从该点到光源的光照方向（方向没有归一化，且只可用于前向渲染）
float3 ObjSpaceLightDir(float4 v) 输入一个模型顶点坐标，得到模型空间中从该点到光源的光照方向（方向没有归一化，且只可用于前向渲染）
float3 UnityObjectToWorldNormal(float3 norm) 将法线从模型空间转换到世界空间
float3 UnityObjectToWorldDir(in float3 dir) 把方向矢量从模型空间转换到世界空间
float3 UnityWorldToObjectDir(float3 dir) 把方向矢量从世界空间转换到模型空间
知识点4：UnityShader中内置变量
Unity内置变换矩阵
变量名 描 述
UNITY_MATRIX_MVP 当前模型*观察*投影矩阵，用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到裁剪空间
UNITY_MATRIX_MV 当前模型*观察矩阵，用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到观察空间
UNITY_MATRIX_V 当前观察矩阵，用于将顶点/方向矢量从世界空间变换到观察空间
UNITY_MATRIX_P 当前投影矩阵，用于将顶点/方向矢量从观察空间变换到裁剪空间
UNITY_MATRIX_VP 当前观察*投影矩阵，用于将顶点/方向矢量从世界空间变换到裁剪空间
UNITY_MATRIX_T_MV UNITY_MATRIX_MV转置矩阵
UNITY_MATRIX_IT_MV UNITY_MATRIX_MV逆转置矩阵，可将法线矢量从模型空间转换到观察空间
_Object2World 当前模型的矩阵，用于将模型顶点/方向矢量从模型空间转换到世界空间
_World2Object _Object2World逆矩阵，用于将模型顶点/方向矢量从世界空间转换到模型空间
另外：Unity还提供了能够访问时间、光照、雾效和环境光等目的的变量。这些内置变量大多UnityShaderVariables.cginc中，
跟光照有关的还定义在Lighting.cginc 和AutoLight.cginc中。
知识点5：
1、uint CreateShader(enum type) : 创建空的shader object;
type: VERTEX_SHADER,
2、void ShaderSource(uint shader, sizeicount, const **string, const int *length)：加载shader源码进shader object；可能多个字符串
3、void CompileShader(uint shader)：编译shader object；
shader object有状态 表示编译结果
4、void DeleteShader( uint shader )：删除 shader object;
5、void ShaderBinary( sizei count, const uint *shaders,
enum binaryformat, const void *binary, sizei length ): 加载预编译过的shader 二进制串；
6、uint CreateProgram( void )：创建空的program object， programe object组织多个shader object，成为executable;
7、void AttachShader( uint program, uint shader )：关联shader object和program object；
8、void DetachShader( uint program, uint shader )：解除关联；
9、void LinkProgram( uint program )：program object准备执行，其关联的shader object必须编译正确且符合限制条件；
10、void UseProgram( uint program )：执行program object；
11、void ProgramParameteri( uint program, enum pname,
int value )： 设置program object的参数；
12、void DeleteProgram( uint program )：删除program object；
13、shader 变量的qualifier:
默认：无修饰符，普通变量读写， 与外界无连接；
const：常量 const vec3 zAxis = vec3(0.0, 0.0, 1.0);
attribute: 申明传给vertex shader的变量；只读；不能为array或struct；attribute vec4 position;
uniform: 表明整个图元处理中值相同；只读； uniform vec4 lightPos;
varying: 被差值；读写； varying vec3 normal;
in, out, inout;
shader变量的精度：
highp, mediump, lowp
shader内置变量：
gl_Position: 用于vertex shader, 写顶点位置；被图元收集、裁剪等固定操作功能所使用；
其内部声明是：highp vec4 gl_Position;
gl_PointSize: 用于vertex shader, 写光栅化后的点大小，像素个数；
其内部声明是：mediump float gl_Position;
gl_FragColor: 用于Fragment shader，写fragment color；被后续的固定管线使用；
mediump vec4 gl_FragColor;
gl_FragData: 用于Fragment shader，是个数组，写gl_FragData[n] 为data n；被后续的固定管线使用；
mediump vec4 gl_FragData[gl_MaxDrawBuffers];
gl_FragColor和gl_FragData是互斥的，不会同时写入；
gl_FragCoord: 用于Fragment shader,只读， Fragment相对于窗口的坐标位置 x,y,z,1/w; 这个是固定管线图元差值后产生的；z 是深度值; mediump vec4 gl_FragCoord;
gl_FrontFacing: 用于判断 fragment是否属于 front-facing primitive；只读；
bool gl_FrontFacing;
gl_PointCoord: 仅用于 point primitive; mediump vec2 gl_PointCoord;
shader内置常量：
const mediump int gl_MaxVertexAttribs = 8;
const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors = 128;
const mediump int gl_MaxVaryingVectors = 8;
const mediump int gl_MaxVertexTextureImageUnits = 0;
const mediump int gl_MaxCombinedTextureImageUnits = 8;
const mediump int gl_MaxTextureImageUnits = 8;
const mediump int gl_MaxFragmentUnitformVectors = 16;
const mediump int gl_MaxDrawBuffers = 1;
shader内置数学函数：
一般默认都用弧度；
radians(degree) : 角度变弧度；
degrees(radian) : 弧度变角度；
sin(angle), cos(angle), tan(angle)
asin(x): arc sine, 返回弧度 [-PI/2, PI/2];
acos(x): arc cosine,返回弧度 [0, PI];
atan(y, x): arc tangent, 返回弧度 [-PI, PI];
atan(y/x): arc tangent, 返回弧度 [-PI/2, PI/2];
pow(x, y): x的y次方；
exp(x): 指数, log(x)：
exp2(x): 2的x次方， log2(x):
sqrt(x): x的根号； inversesqrt(x): x根号的倒数
abs(x): 绝对值
sign(x): 符号, 1, 0 或 -1
{sign(x)或者Sign(x)叫做符号函数，在数学和计算机运算中，其功能是取某个数的符号(正或负):
当x>0，sign(x)=1;
当x=0，sign(x)=0;
当x<0， sign(x)=-1;} floor(x): 底部取整
ceil(x): 顶部取整
fract(x): 取小数部分
mod(x, y): 取模， x - y*floor(x/y)
min(x, y): 取最小值
max(x, y): 取最大值
clamp(x, min, max): min(max(x, min), max);
mix(x, y, a): x, y的线性混叠， x(1-a) + y*a;
step(edge, x): 如 x
smoothstep(edge0, edge1, x): threshod smooth transition时使用。 edge0<=edge0时为0.0， x>=edge1时为1.0
length(x): 向量长度
distance(p0, p1): 两点距离， length(p0-p1);
dot(x, y): 点积，各分量分别相乘 后 相加
cross(x, y): 差积，x[1]*y[2]-y[1]*x[2], x[2]*y[0] - y[2]*x[0], x[0]*y[1] - y[0]*x[1]
normalize(x): 归一化， length(x)=1;
faceforward(N, I, Nref): 如 dot(Nref, I)< 0则N, 否则 -N
reflect(I, N): I的反射方向， I -2*dot(N, I)*N, N必须先归一化
refract(I, N, eta): 折射，k=1.0-eta*eta*(1.0 - dot(N, I) * dot(N, I)); 如k<0.0 则0.0，否则 eta*I - (eta*dot(N, I)+sqrt(k))*N
matrixCompMult(matX, matY): 矩阵相乘, 每个分量 自行相乘， 即 r[j] = x[j]*y[j];
矩阵线性相乘，直接用 *
lessThan(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x < y
lessThanEqual(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x<=y
greaterThan(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x>y
greaterThanEqual(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x>=y
equal(vecX, vecY): 向量 每个分量比较 x==y
notEqual(vecX, vexY): 向量 每个分量比较 x!=y
any(bvecX): 只要有一个分量是true， 则true
all(bvecX): 所有分量是true， 则true
not(bvecX): 所有分量取反
texture2D(sampler2D, coord): texture lookup
texture2D(sampler2D, coord, bias): LOD bias, mip-mapped texture
texture2DProj(sampler2D, coord):
texture2DProj(sampler2D, coord, bias):
texture2DLod(sampler2D, coord, lod):
texture2DProjLod(sampler2D, coord, lod):
textureCube(samplerCube, coord):
textureCube(samplerCube, coord, bias):
textureCubeLod(samplerCube, coord, lod):
Intrinsic Functions (DirectX HLSL)
The following table lists the intrinsic functions available in HLSL. Each function has a brief description, and a link to a reference page that has more detail about the input argument and return type.
Name | Syntax | Description |
abs | abs(x) | Absolute value (per component). |
acos | acos(x) | Returns the arccosine of each component of x. |
all | all(x) | Test if all components of x are nonzero. |
any | any(x) | Test if any component of x is nonzero. |
asfloat | asfloat(x) | Convert the input type to a float. |
asin | asin(x) | Returns the arcsine of each component of x. |
asint | asint(x) | Convert the input type to an integer. |
asuint | asuint(x) | Convert the input type to an unsigned integer. |
atan | atan(x) | Returns the arctangent of x. |
atan2 | atan2(y, x) | Returns the arctangent of of two values (x,y). |
ceil | ceil(x) | Returns the smallest integer which is greater than or equal to x. |
clamp | clamp(x, min, max) | Clamps x to the range [min, max]. |
clip | clip(x) | Discards the current pixel, if any component of x is less than zero. |
cos | cos(x) | Returns the cosine of x. |
cosh | cosh(x) | Returns the hyperbolic cosine of x. |
cross | cross(x, y) | Returns the cross product of two 3D vectors. |
D3DCOLORtoUBYTE4 | D3DCOLORtoUBYTE4(x) | Swizzles and scales components of the 4D vector x to compensate for the lack of UBYTE4 support in some hardware. |
ddx | ddx(x) | Returns the partial derivative of x with respect to the screen-space x-coordinate. |
ddy | ddy(x) | Returns the partial derivative of x with respect to the screen-space y-coordinate. |
degrees | degrees(x) | Converts x from radians to degrees. |
determinant | determinant(m) | Returns the determinant of the square matrix m. |
distance | distance(x, y) | Returns the distance between two points. |
dot | dot(x, y) | Returns the dot product of two vectors. |
exp | exp(x) | Returns the base-e exponent. |
exp2 | exp2(x) | Base 2 exponent (per component). |
faceforward | faceforward(n, i, ng) | Returns -n * sign(•(i, ng)). |
floor | floor(x) | Returns the greatest integer which is less than or equal to x. |
fmod | fmod(x, y) | Returns the floating point remainder of x/y. |
frac | frac(x) | Returns the fractional part of x. |
frexp | frexp(x, exp) | Returns the mantissa and exponent of x. |
fwidth | fwidth(x) | Returns abs(ddx(x)) + abs(ddy(x)) |
GetRenderTargetSampleCount | GetRenderTargetSampleCount() | Returns the number of render-target samples. |
GetRenderTargetSamplePosition | GetRenderTargetSamplePosition(x) | Returns a sample position (x,y) for a given sample index. |
isfinite | isfinite(x) | Returns true if x is finite, false otherwise. |
isinf | isinf(x) | Returns true if x is +INF or -INF, false otherwise. |
isnan | isnan(x) | Returns true if x is NAN or QNAN, false otherwise. |
ldexp | ldexp(x, exp) | Returns x * 2exp |
length | length(v) | Returns the length of the vector v. |
lerp | lerp(x, y, s) | Returns x + s(y - x). |
lit | lit(n • l, n • h, m) | Returns a lighting vector (ambient, diffuse, specular, 1) |
log | log(x) | Returns the base-e logarithm of x. |
log10 | log10(x) | Returns the base-10 logarithm of x. |
log2 | log2(x) | Returns the base-2 logarithm of x. |
max | max(x, y) | Selects the greater of x and y. |
min | min(x, y) | Selects the lesser of x and y. |
modf | modf(x, out ip) | Splits the value x into fractional and integer parts. |
mul | mul(x, y) | Performs matrix multiplication using x and y. |
noise | noise(x) | Generates a random value using the Perlin-noise algorithm. |
normalize | normalize(x) | Returns a normalized vector. |
pow | pow(x, y) | Returns xy. |
radians | radians(x) | Converts x from degrees to radians. |
reflect | reflect(i, n) | Returns a reflection vector. |
refract | refract(i, n, R) | Returns the refraction vector. |
round | round(x) | Rounds x to the nearest integer |
rsqrt | rsqrt(x) | Returns 1 / sqrt(x) |
saturate | saturate(x) | Clamps x to the range [0, 1] |
sign | sign(x) | Computes the sign of x. |
sin | sin(x) | Returns the sine of x |
sincos | sincos(x, out s, out c) | Returns the sine and cosine of x. |
sinh | sinh(x) | Returns the hyperbolic sine of x |
smoothstep | smoothstep(min, max, x) | Returns a smooth Hermite interpolation between 0 and 1. |
sqrt | sqrt(x) | Square root (per component) |
step | step(a, x) | Returns (x >= a) ? 1 : 0 |
tan | tan(x) | Returns the tangent of x |
tanh | tanh(x) | Returns the hyperbolic tangent of x |
tex1D | tex1D(s, t) | 1D texture lookup. |
tex1Dbias | tex1Dbias(s, t) | 1D texture lookup with bias. |
tex1Dgrad | tex1Dgrad(s, t, ddx, ddy) | 1D texture lookup with a gradient. |
tex1Dlod | tex1Dlod(s, t) | 1D texture lookup with LOD. |
tex1Dproj | tex1Dproj(s, t) | 1D texture lookup with projective divide. |
tex2D | tex2D(s, t) | 2D texture lookup. |
tex2Dbias | tex2Dbias(s, t) | 2D texture lookup with bias. |
tex2Dgrad | tex2Dgrad(s, t, ddx, ddy) | 2D texture lookup with a gradient. |
tex2Dlod | tex2Dlod(s, t) | 2D texture lookup with LOD. |
tex2Dproj | tex2Dproj(s, t) | 2D texture lookup with projective divide. |
tex3D | tex3D(s, t) | 3D texture lookup. |
tex3Dbias | tex3Dbias(s, t) | 3D texture lookup with bias. |
tex3Dgrad | tex3Dgrad(s, t, ddx, ddy) | 3D texture lookup with a gradient. |
tex3Dlod | tex3Dlod(s, t) | 3D texture lookup with LOD. |
tex3Dproj | tex3Dproj(s, t) | 3D texture lookup with projective divide. |
texCUBE | texCUBE(s, t) | Cube texture lookup. |
texCUBEbias | texCUBEbias(s, t) | Cube texture lookup with bias. |
texCUBEgrad | texCUBEgrad(s, t, ddx, ddy) | Cube texture lookup with a gradient. |
texCUBElod | tex3Dlod(s, t) | Cube texture lookup with LOD. |
texCUBEproj | texCUBEproj(s, t) | Cube texture lookup with projective divide. |
transpose | transpose(m) | Returns the transpose of the matrix m. |
trunc | trunc(x) | Truncates floating-point value(s) to integer value(s) |
表 3-1 HLSL内置函数
函数名 用法 |
abs 计算输入值的绝对值。
acos 返回输入值反余弦值。
all 测试非0值。
any 测试输入值中的任何非零值。
asin 返回输入值的反正弦值。
atan 返回输入值的反正切值。
atan2 返回y/x的反正切值。
ceil 返回大于或等于输入值的最小整数。
clamp 把输入值限制在[min, max]范围内。
clip 如果输入向量中的任何元素小于0，则丢弃当前像素。
cos 返回输入值的余弦。
cosh 返回输入值的双曲余弦。
cross 返回两个3D向量的叉积。
ddx 返回关于屏幕坐标x轴的偏导数。
ddy 返回关于屏幕坐标y轴的偏导数。
degrees 弧度到角度的转换
determinant 返回输入矩阵的值。
distance 返回两个输入点间的距离。
dot 返回两个向量的点积。
exp 返回以e为底数，输入值为指数的指数函数值。
exp2 返回以2为底数，输入值为指数的指数函数值。
faceforward 检测多边形是否位于正面。
floor 返回小于等于x的最大整数。
fmod 返回a / b的浮点余数。
frac 返回输入值的小数部分。
frexp 返回输入值的尾数和指数
fwidth 返回 abs ( ddx (x) + abs ( ddy(x))。
isfinite 如果输入值为有限值则返回true，否则返回false。
isinf 如何输入值为无限的则返回true。
isnan 如果输入值为NAN或QNAN则返回true。
ldexp frexp的逆运算，返回 x * 2 ^ exp。
len / lenth 返回输入向量的长度。
lerp 对输入值进行插值计算。
lit 返回光照向量（环境光，漫反射光，镜面高光，1）。
log 返回以e为底的对数。
log10 返回以10为底的对数。
log2 返回以2为底的对数。
max 返回两个输入值中较大的一个。
min 返回两个输入值中较小的一个。
modf 把输入值分解为整数和小数部分。
mul 返回输入矩阵相乘的积。
normalize 返回规范化的向量，定义为 x / length(x)。
pow 返回输入值的指定次幂。
radians 角度到弧度的转换。
reflect 返回入射光线i对表面法线n的反射光线。
refract 返回在入射光线i，表面法线n，折射率为eta下的折射光线v。
round 返回最接近于输入值的整数。
rsqrt 返回输入值平方根的倒数。
saturate 把输入值限制到[0, 1]之间。
sign 计算输入值的符号。
sin 计算输入值的正弦值。
sincos 返回输入值的正弦和余弦值。
sinh 返回x的双曲正弦。
smoothstep 返回一个在输入值之间平稳变化的插值。
sqrt 返回输入值的平方根。
step 返回（x >= a）? 1 : 0。
tan 返回输入值的正切值。
fanh 返回输入值的双曲线切线。
transpose 返回输入矩阵的转置。
tex1D* 1D纹理查询。
tex2D* 2D纹理查询。
tex3D* 3D纹理查询。
texCUBE* 立方纹理查询。
