一、內(nèi)置包含文件

　　Unity中有類似于C++的包含文件.cginc，在編寫Shader時我們可以使用#include指令把這些文件包含進來
這樣我們就可以使用Unity為我們提供的一些非常好用的函數(shù)、宏和變量。

例如：#include"UnityCG.cginc"

包含文件的位置：根目錄\Editor\Data\CGIncludes

知識點1：以下是Unity中常用包含文件：
　　文件名 描述
　　1、UnityCG.cginc 包含最常用的幫助函數(shù)、宏和結構體
　　2、UnityShaderVariables.cginc 在編譯Shader時，會被自動包含進來，包含了許多內(nèi)置的全局變量，如UNITY_MATRIX_MVP
　　3、Ligghting.cginc 包含了各種內(nèi)置光照模型，如果編寫SurfaceShader的話，會被自動包含進來
　　4、HLSLSurport.cginc 在編譯Shader時，會被自動包含進來，聲明了很多跨平臺編譯的宏和定義

　　Unity5.2引入了許多新的重要的包含文件，如UnityStandardBRDF.cginc等。這些文件用于實現(xiàn)基于物理的渲染

知識點2：UnityShader中常用的結構體

　　　　名稱 　　　　　　　　 描述 　　　　　　　　　　　　　包含的變量
　　appdata_base 　　　　用于頂點著色器輸入 　　　　 頂點位置、頂點法線、第一組紋理坐標
　　appdata_tan 　　　　 用于頂點著色器輸入 　　　　 頂點位置、頂點切線、頂點法線、第一組紋理坐標
　　appdata_full 　　　　用于頂點著色器輸入 　　　　 頂點位置、頂點切線、頂點法線、四組（或更多）紋理坐標
　　appdata_img 　　　　 用于頂點著色器輸入 　　　　 頂點位置、第一組紋理坐標
　　v2f_img 　　　　　　 用于頂點著色器輸出 　　　　 裁剪空間中的位置、紋理坐標

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; #endiffixed4 color : COLOR; }; struct v2f_img {float4 pos : SV_POSITION;half2 uv : TEXCOORD0; };

知識點3：UnityShader中常用的幫助函數(shù)

　　　　　　函數(shù)名 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 描 ? ?述
float3 WorldSpaceViewDir(float4 v) 　　　　 　　? 輸入一個模型頂點坐標，得到世界空間中從該點到攝像機的觀察方向
float3 ObjSpaceViewDir(float4 v) 　　　　　　 　? 輸入一個模型頂點坐標，得到模型空間中從該點到攝像機的觀察方向
float3 WorldSpaceLightDir(float4 v) 　　　　　　 ??輸入一個模型頂點坐標，得到世界空間中從該點到光源的光照方向（方向沒有歸一化，且只可用于前向渲染）
float3 ObjSpaceLightDir(float4 v) 　　　　　　 　 ?輸入一個模型頂點坐標，得到模型空間中從該點到光源的光照方向（方向沒有歸一化，且只可用于前向渲染）
float3 UnityObjectToWorldNormal(float3 norm)　　將法線從模型空間轉(zhuǎn)換到世界空間
float3 UnityObjectToWorldDir(in float3 dir) 　　　 ??把方向矢量從模型空間轉(zhuǎn)換到世界空間
float3 UnityWorldToObjectDir(float3 dir) 　　　　 ? 把方向矢量從世界空間轉(zhuǎn)換到模型空間

知識點4：UnityShader中內(nèi)置變量
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Unity內(nèi)置變換矩陣
? ? ? ? ? ?變量名 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 描 ? ? ? ? 述
UNITY_MATRIX_MVP 　　　　 ? ??當前模型*觀察*投影矩陣，用于將模型頂點/方向矢量從模型空間轉(zhuǎn)換到裁剪空間
UNITY_MATRIX_MV 　　　　　 ??當前模型*觀察矩陣，用于將模型頂點/方向矢量從模型空間轉(zhuǎn)換到觀察空間
UNITY_MATRIX_V 　　　　　　? 當前觀察矩陣，用于將頂點/方向矢量從世界空間變換到觀察空間
UNITY_MATRIX_P 　　　　　　? 當前投影矩陣，用于將頂點/方向矢量從觀察空間變換到裁剪空間
UNITY_MATRIX_VP 　　　　　　當前觀察*投影矩陣，用于將頂點/方向矢量從世界空間變換到裁剪空間
UNITY_MATRIX_T_MV 　　　　? UNITY_MATRIX_MV轉(zhuǎn)置矩陣
UNITY_MATRIX_IT_MV 　　　　 UNITY_MATRIX_MV逆轉(zhuǎn)置矩陣，可將法線矢量從模型空間轉(zhuǎn)換到觀察空間
_Object2World 　　　　　　　　 當前模型的矩陣，用于將模型頂點/方向矢量從模型空間轉(zhuǎn)換到世界空間
_World2Object 　　　　　　 ? ? ? ? _Object2World逆矩陣，用于將模型頂點/方向矢量從世界空間轉(zhuǎn)換到模型空間

另外：Unity還提供了能夠訪問時間、光照、霧效和環(huán)境光等目的的變量。這些內(nèi)置變量大多UnityShaderVariables.cginc中，
跟光照有關的還定義在Lighting.cginc 和AutoLight.cginc中。

知識點5：

1、uint CreateShader(enum type) : 創(chuàng)建空的shader object;?
??type: VERTEX_SHADER,?
2、void ShaderSource(uint shader, sizeicount, const **string, const int *length)：加載shader源碼進shader object；可能多個字符串?
3、void CompileShader(uint shader)：編譯shader object；?
??shader object有狀態(tài) 表示編譯結果?
4、void DeleteShader( uint shader )：刪除 shader object;?
5、void ShaderBinary( sizei count, const uint *shaders,?
enum binaryformat, const void *binary, sizei length ): 加載預編譯過的shader 二進制串；?
6、uint CreateProgram( void )：創(chuàng)建空的program object， programe object組織多個shader object，成為executable;?
7、void AttachShader( uint program, uint shader )：關聯(lián)shader object和program object；?
8、void DetachShader( uint program, uint shader )：解除關聯(lián)；?
9、void LinkProgram( uint program )：program object準備執(zhí)行，其關聯(lián)的shader object必須編譯正確且符合限制條件；?
10、void UseProgram( uint program )：執(zhí)行program object；?
11、void ProgramParameteri( uint program, enum pname,?
int value )： 設置program object的參數(shù)；?
12、void DeleteProgram( uint program )：刪除program object；?
13、shader 變量的qualifier:?
???默認：無修飾符，普通變量讀寫， 與外界無連接；?
???const：常量 const vec3 zAxis = vec3(0.0, 0.0, 1.0);?
???attribute: 申明傳給vertex shader的變量；只讀；不能為array或struct；attribute vec4 position;?
???uniform: 表明整個圖元處理中值相同；只讀； uniform vec4 lightPos;?
???varying: 被差值；讀寫； varying vec3 normal;?
???in, out, inout;?

shader變量的精度：?
???highp, mediump, lowp?

shader內(nèi)置變量：?
???gl_Position: 用于vertex shader, 寫頂點位置；被圖元收集、裁剪等固定操作功能所使用；?
????????????????其內(nèi)部聲明是：highp vec4 gl_Position;?
???gl_PointSize: 用于vertex shader, 寫光柵化后的點大小，像素個數(shù)；?
????????????????其內(nèi)部聲明是：mediump float gl_Position;?
???gl_FragColor: 用于Fragment shader，寫fragment color；被后續(xù)的固定管線使用；?
?????????????????mediump vec4 gl_FragColor;?
???gl_FragData: 用于Fragment shader，是個數(shù)組，寫gl_FragData[n] 為data n；被后續(xù)的固定管線使用；?
?????????????????mediump vec4 gl_FragData[gl_MaxDrawBuffers];?
???gl_FragColor和gl_FragData是互斥的，不會同時寫入；?
???gl_FragCoord: 用于Fragment shader,只讀， Fragment相對于窗口的坐標位置 x,y,z,1/w; 這個是固定管線圖元差值后產(chǎn)生的；z 是深度值; mediump vec4 gl_FragCoord;?
???gl_FrontFacing: 用于判斷 fragment是否屬于 front-facing primitive；只讀；?
???????????????????bool gl_FrontFacing; ??
???gl_PointCoord: 僅用于 point primitive; mediump vec2 gl_PointCoord;?

shader內(nèi)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內(nèi)置數(shù)學函數(shù)：?
???一般默認都用弧度；?
???radians(degree) : 角度變弧度；?
???degrees(radian) : 弧度變角度；?
???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): 指數(shù), log(x)：?
???exp2(x): 2的x次方， log2(x):?
???sqrt(x): x的根號； inversesqrt(x): x根號的倒數(shù)?
??
???abs(x): 絕對值?
???sign(x): 符號, 1, 0 或 -1?

????{sign(x)或者Sign(x)叫做符號函數(shù)，在數(shù)學和計算機運算中，其功能是取某個數(shù)的符號(正或負):?
????當x>0，sign(x)=1;?
????當x=0，sign(x)=0;?
????當x<0， sign(x)=-1;}????floor(x): 底部取整?
???ceil(x): 頂部取整?
???fract(x): 取小數(shù)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的線性混疊， x(1-a) + y*a;?
???step(edge, x): 如 x?
???smoothstep(edge0, edge1, x): threshod ?smooth transition時使用。 edge0<=edge0時為0.0， x>=edge1時為1.0?
??
???length(x): 向量長度?
???distance(p0, p1): 兩點距離， length(p0-p1);?
???dot(x, y): 點積，各分量分別相乘 后 相加?
???cross(x, y): 差積，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): 歸一化， length(x)=1;?
???faceforward(N, I, Nref): 如 dot(Nref, I)< 0則N, 否則 -N?
???reflect(I, N): I的反射方向， I -2*dot(N, I)*N, N必須先歸一化?
???refract(I, N, eta): 折射，k=1.0-eta*eta*(1.0 - dot(N, I) * dot(N, I)); 如k<0.0 則0.0，否則 eta*I - (eta*dot(N, I)+sqrt(k))*N?
??
???matrixCompMult(matX, matY): 矩陣相乘, 每個分量 自行相乘， 即 r[j] = x[j]*y[j];?
??????????????????????????????矩陣線性相乘，直接用 *?
????
???lessThan(vecX, vecY): 向量 每個分量比較 x < y?
???lessThanEqual(vecX, vecY): 向量 每個分量比較 x<=y?
???greaterThan(vecX, vecY): 向量 每個分量比較 x>y?
???greaterThanEqual(vecX, vecY): 向量 每個分量比較 x>=y?
???equal(vecX, vecY): 向量 每個分量比較 x==y?
???notEqual(vecX, vexY): 向量 每個分量比較 x!=y?
???any(bvecX): 只要有一個分量是true， 則true?
???all(bvecX): 所有分量是true， 則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.

NameSyntaxDescription

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內(nèi)置函數(shù)

函數(shù)名?????????? ?用法

abs???????????????????????? 計算輸入值的絕對值。

acos??????????????????????? 返回輸入值反余弦值。

all???????????????????????????測試非0值。

any???????????????????????? 測試輸入值中的任何非零值。

asin???????????????????????? 返回輸入值的反正弦值。

atan??????????????????????? 返回輸入值的反正切值。

atan2?????????????????????? 返回y/x的反正切值。

ceil???????????????????????? 返回大于或等于輸入值的最小整數(shù)。

clamp????????????????????? 把輸入值限制在[min, max]范圍內(nèi)。

clip???????????????????????? 如果輸入向量中的任何元素小于0，則丟棄當前像素。

cos???????????????????????? 返回輸入值的余弦。

cosh?????????????????????? 返回輸入值的雙曲余弦。

cross????????????????????? 返回兩個3D向量的叉積。

ddx???????????????????????? 返回關于屏幕坐標x軸的偏導數(shù)。

ddy???????????????????????? 返回關于屏幕坐標y軸的偏導數(shù)。

degrees?????????????????? 弧度到角度的轉(zhuǎn)換

determinant????????????? 返回輸入矩陣的值。

distance?????????????????? 返回兩個輸入點間的距離。

dot????????????????????????? 返回兩個向量的點積。

exp???????????????????????? 返回以e為底數(shù)，輸入值為指數(shù)的指數(shù)函數(shù)值。

exp2?????????????????????? 返回以2為底數(shù)，輸入值為指數(shù)的指數(shù)函數(shù)值。

faceforward???????????? 檢測多邊形是否位于正面。

floor?????????????????????? 返回小于等于x的最大整數(shù)。

fmod?????????????????????? 返回a / b的浮點余數(shù)。

frac??????????????????????? 返回輸入值的小數(shù)部分。

frexp?????????????????????? 返回輸入值的尾數(shù)和指數(shù)

fwidth???????????????????? 返回 abs ( ddx (x) + abs ( ddy(x))。

isfinite???????????????????? 如果輸入值為有限值則返回true，否則返回false。

isinf??????????????????????? 如何輸入值為無限的則返回true。

isnan?????????????????????? 如果輸入值為NAN或QNAN則返回true。

ldexp?????????????????????? frexp的逆運算，返回 x * 2 ^ exp。

len / lenth??????????????? 返回輸入向量的長度。

lerp???????????????????????? 對輸入值進行插值計算。

lit??????????????????????????? 返回光照向量（環(huán)境光，漫反射光，鏡面高光，1）。

log????????????????????????? 返回以e為底的對數(shù)。

log10????????????????????? 返回以10為底的對數(shù)。

log2??????????????????????? 返回以2為底的對數(shù)。

max??????????????????????? 返回兩個輸入值中較大的一個。

min???????????????????????? 返回兩個輸入值中較小的一個。

modf?????????????????????? 把輸入值分解為整數(shù)和小數(shù)部分。

mul???????????????????????? 返回輸入矩陣相乘的積。

normalize???????????????? 返回規(guī)范化的向量，定義為 x / length(x)。

pow??????????????????????? 返回輸入值的指定次冪。

radians??????????????????? 角度到弧度的轉(zhuǎn)換。

reflect???????????????????? 返回入射光線i對表面法線n的反射光線。

refract???????????????????? 返回在入射光線i，表面法線n，折射率為eta下的折射光線v。

round????????????????????? 返回最接近于輸入值的整數(shù)。

rsqrt?????????????????????? 返回輸入值平方根的倒數(shù)。

saturate?????????????????? 把輸入值限制到[0, 1]之間。

sign??????????????????????? 計算輸入值的符號。

sin????????????????????????? 計算輸入值的正弦值。

sincos???????????????????? 返回輸入值的正弦和余弦值。

sinh??????????????????????? 返回x的雙曲正弦。

smoothstep????????????? 返回一個在輸入值之間平穩(wěn)變化的插值。

sqrt???????????????????????? 返回輸入值的平方根。

step??????????????????????? 返回（x >= a）? 1 : 0。

tan????????????????????????? 返回輸入值的正切值。

fanh??????????????????????? 返回輸入值的雙曲線切線。

transpose???????????????? 返回輸入矩陣的轉(zhuǎn)置。

tex1D*??????????????????? 1D紋理查詢。

tex2D*??????????????????? 2D紋理查詢。

tex3D*??????????????????? 3D紋理查詢。

texCUBE*??????????????? 立方紋理查詢。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Shader内置函数（方便自己看）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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