US2S3L12——CG内置函数

CG内置函数

Unity Shader中的CG语言提供了各种用于图形编程的函数
这些函数是CG为我们封装好的逻辑，我们可以使用它们来编写Unity Shader

可以通过以下链接来查看更多的相关函数：内部函数 - Win32 apps | Microsoft Learn
这是HLSL对应的内置函数，CG和它类似 （注意：不是所有函数都在Unity中被支持）

数学函数

三角函数相关

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sincos(float x, out s, out c)     //该函数同时计算x的sin值和cos值通过s和c进行返回（比分别运算快很多）
sin(x)                            //正弦函数
cos(x)                            //余弦函数
tan(x)                            //正切函数
sinh(x)                           //双曲正弦函数
cosh(x)                           //双曲余弦函数
tanh(x)                           //双曲正切函数
asin(x)                           //反正弦函数，输入参数范围[-1,1]，返回[-π/2,π/2]区间的角度值
acos(x)                           //反余弦函数，输入参数范围[-1,1]，返回[0,π]区间的角度值
atan(x)                           //反正切函数，输入参数范围[-1,1]，返回[-π/2,π/2]区间的角度值
atan2(y,x)                        //计算y/x的反正切值。和atan功能一样，只是输入参数不同。atan(x)=atan2(x,1)

向量、矩阵相关

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cross(A,B)                        //叉乘（注意：传入向量必须是三维向量）
dot(A,B)                          //点乘（注意：传入向量必须是三维向量）
mul(M,N)                          //计算两个矩阵相乘
mul(M,v)                          //计算矩阵和向量相乘
mul(v,M)                          //计算向量和矩阵相乘
transpose(M)                      //M为矩阵，计算M的转置矩阵
determinant(m)                    //计算矩阵的行列式因子

数值相关

常用

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abs(x)                            //返回输入参数的绝对值
ceil(x)                           //对输入参数向上取整
floor(x)                          //对输入参数向下取整
clamp(x,a,b)                      //如果x小于a，则返回a；x大于b，则返回b；否则，返回x（"夹紧"函数）
radians(x)                        //角度转弧度
degrees(x)                        //弧度转角度
max(a,b)                          //返回最大值
min(a,b)                          //返回最小值
sqrt(x)                           //求x的平方根，x必须大于0
pow(x,y)                          //x的y次方的值
round(x)                          //对x四舍五入
rsqrt(x)                          //x的反平方根，x必须大于0
lerp(a,b,f)                       //差值函数，计算(1-f)*a + b*f 或者 a + f*(b-a)的值

不常用

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exp(x)                            //计算e的x次方的值，e=2.71828182845904523536
exp2(x)                           //计算2的x次方的值
fmod(x,y)                         //返回x/y的余数，y不为0
frac(x)                           //返回标量或每个矢量分量的小数部分
frexp(x,out exp)                  //将浮点数x分解为尾数和直属，即 x = m * 2的exp次方，返回m，将指数存储exp中
isfinite(x)                       //判断标量或者向量中的每个数据是否是有限数，如果是返回true，否则返回false
isinf(x)                          //判断标量或者向量中的每个数据是否是无限，如果是返回true，否则返回false
isnan(x)                          //判断标量或者向量中的每个数据是否是非数据，如果是返回true，否则返回false
ldexp(x,n)                        //计算x * 2的n次方 的值
log(x)                            //计算ln(x)的值，x必须大于0
log2(x)                           //计算log2(x次方)的值，x必须大于0
log10(x)                          //计算log2(x次方)的值，x必须大于0
saturate(x)                       //如果x小于0，返回0；如果x大于1，返回1；否则，返回x
sign(x)                           //如果x大于0，返回1；如果x小于0，返回-1；否则，返回0
smoothstep(min,max,x)             /*值x位于min、max区间内，
                                    如果x=min，返回0；
                                    如果x=max，返回1；
                                    如果在两者之间，返回-2*((x-min)/(max - min))的三次方 + 3* ((x - min)/(max - min))的2次方*/
step(a,x)                         //如果x<a,返回0；否则，返回1
all(x)                            //输入参数均不为0，则返回true;否则返回False。相当于逻辑与&&
any(x)                            //输入参数只要有其中一个不为0，则返回true。相当于逻辑或||

其他

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lit(NdotL,NdotH,m)                /*N表示法向量；L表示入射光向量；H表示半角向量；m表示高光系数
                                     该函数计算环境光、散射光、镜面光的贡献，返回4维向量；
                                      x位表示环境光贡献；y位表示散射光贡献；z位表示镜面光贡献；w始终为1*/
noise(x)                          //噪声函数，返回值始终是0~1之间；对于相同的输入，始终返回相同值，不是真正意义的随机噪声

几何函数

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length(v)                     //返回一个向量的模长
normalize(v)                  //归一化向量
distance(p1,p2)               //计算两点之间的距离
reflect(I,N)                  //计算反射光方向向量，I为入射光，N为顶点法向量。I是指向顶点的，I和N必须被归一化，必须是3维向量
refract(I,N,eta)              //计算折射向量，I为入射光，N为顶点法向量，eta为折射系数。I是指向顶点的，I和N必须被归一化，必须是3维向量

纹理函数

注意：这些纹理采样函数返回值为 fixed4​ 类型的颜色值

二维纹理

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tex2D(sampler2D tex, float2 s)                                    //二维纹理查询
tex2D(sampler2D tex, float2 s, float2 dsdx, float2 dsdy)          //使用导数值查询二维纹理
tex2D(sampler2D tex, float3 sz)                                   //二维纹理查询，并进行深度值比较
tex2D(sampler2D tex, float3 sz, float2 dsdx, float2 dsdy)         //使用导数值查询二维纹理，并进行深度值比较
tex2Dproj(sampler2D tex, float3 sq)                               //二维投影纹理查询
tex2Dproj(sampler2D tex, float4 szq)                              //二维投影纹理查询，并进行深度值比较

使用二维纹理查询将贴图映射到纹理上

通过2D纹理查询 tex2D()​ ，可以获取贴图的某个坐标上的颜色，将该颜色在片元着色器回调函数中返回出去，即可让贴图映射到纹理上
需要在外部关联一张2D贴图并获取到贴图对应的UV坐标，在片元着色器使用tex2D()​并返回出其返回的颜色值：

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Shader "TeachShader/Lesson24"
{
    Properties 
    {
        _My2D("My2D", 2D) = ""{}
    }

    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex myVert
            #pragma fragment myFrag

            sampler2D _My2D;

            //从应用阶段获取对应语义数据后，传递给顶点着色器的回调函数的结构体
            struct a2v
            {
                float4 vertex : POSITION;   //顶点坐标（基于模型空间）
                float2 uv : TEXCOORD0;      //纹理坐标(uv)
            };

            //从顶点着色器传递给片元着色器的结构体数据，同样这里的成员也需要用语义去进行修饰
            struct v2f
            {
                float4 postion : SV_POSITION;   //裁剪空间下的坐标
                float2 uv : TEXCOORD0;          //纹理坐标(uv)
            };
        
            v2f myVert(a2v data)
            {
                v2f v2fData;                    //需要传递给片元着色器的数据
                v2fData.postion = UnityObjectToClipPos(data.vertex);
                v2fData.uv = data.uv;           //以后学习了相关内容再去处理它，目前暂时直接赋值

                return v2fData;
            }

            fixed4 myFrag(v2f data) : SV_Target
            {
                fixed4 color = tex2D(_My2D, data.uv);
                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

纹理预览效果及使用该纹理的模型效果：

​image​image​

纹理相关内容，详见：US3S2——Shader入门-纹理效果

立方体纹理

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texCUBE(samplerCUBE tex, float3 s)                                //查询立方体纹理
texCUBE(samplerCUBE tex, float3 s, float3 dsdx, float3 dsdy)      //结合导数值查询立方体纹理
texCUBEDproj(samplerCUBE tex, float4 sq)                          //查询立方体投影纹理，并进行深度值比较

其他纹理

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//一维纹理
tex1D(sampler1D tex, float s)                                     //一维纹理查询
tex1D(sampler1D tex, float s, float dsdx, float dsdy)             //使用导数值查询一维纹理
tex1D(sampler1D tex, float2 sz)                                   //一维纹理查询，并进行深度值比较
tex1D(sampler1D tex, float2 sz, float dsdx, float dsdy)           //使用导数值查询一维纹理，并进行深度值比较
tex1Dproj(sampler1D tex, float2 sq)                               //一维投影纹理查询
tex1Dproj(sampler1D tex, float3 szq)                              //一维投影纹理查询，并进行深度值比较
//二维纹理
texRECT(samplerRECT tex, float2 s)                                //矩形纹理查询
texRECT(samplerRECT tex, float2 s, float2 dsdx, float2 dsdy)      //使用导数值查询矩形纹理
texRECT(samplerRECT tex, float3 sz)                               //矩形纹理查询，并进行深度值比较
texRECT(samplerRECT tex, float3 sz, float2 dsdx, float2 dsdy)     //使用导数值查询矩形纹理，并进行深度值比较
texRECTproj(samplerRECT tex, float3 sq)                           //矩形投影纹理查询
texRECTproj(samplerRECT tex, float3 szq)                          //矩形投影纹理查询，并进行深度值比较
//三维纹理
tex3D(sampler3D tex, float3 s)                                    //查询三维纹理
tex3D(sampler3D tex, float3 s, float3 dsdx, float3 dsdy)          //结合导数值查询三维纹理
tex3DDproj(sampler3D tex, float4 sq)                              //查询三维投影纹理，并进行深度值比较

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