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  • 写shader小细节——这个会不断更新

    这个是因为自己被自己蠢哭了动笔的,里面大概记录自己所犯的错,和一些小知识。

    1.有一个错误我经常犯:内部定义的字段没对应开放到编辑器的字段。这个是由于我有点依赖ide写代码的习惯导致,而shader的ide只提供了基本的关键字高亮。

      纠正方法:对一个字段,一直使用拷贝粘贴的方式进行书写。

      cg教程给了一个写cg代码的tip:

      

    2.法线没归一化正确,导致效果奇奇怪怪,这个我是在写matcap那里犯的错:漏了这句:

    o.twoUv.zw = o.twoUv.zw * 0.5 + 0.5;//(-1,1)->(0,1)

    3.Tiling和Offset:

      Tiling:缩放模型UV纹理采样坐标,比如Tiling = 2,表示把模型UV坐标的U扩大2倍,U范围变成了0-2

        [此时模型U=[0,1]就采用了整个纹理,即模型的左半使用整个纹理;模型U = (1,2]的采样值使用纹理溢出填充值,看下面]

      Offset:偏移模型UV纹理采用坐标;比如Offset x=0.1表示把UV纹理坐标往左偏移,然后再采样,
      至于超出UV纹理的UV坐标采样的颜色值(纹理溢出填充值),则依赖UV纹理的WrapMode
      具体实现:
      float4 _MainTex_ST;//纹理缩放偏移向量(Unity默认此变量赋值,变量命名规则:纹理名_ST)
      vert()
      {
      ...
      //第一种方式:
      o.uv = v.vertex.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
      //第二种方式:使用内建宏,这只是对第一种的封装
      o.uv = TRANSFORM_TEX(v.vertex,_MainTex);
      }

     4.shader的几个优化tips:

      1.gpu是并行运算,即运算一个float和运算float4是一样代价的,所以:

        float4 color;

        color.rgb = color.rgb*a;

        color.a = color.a*b;

        可以改成:float4 color; color = color*float4(a,a,a,b)

      2.少用if else,用step+乘法代替:

        

         step的定义图

         如:

        if (a >= b)
        {
            c = 1;
        }
        else
        {  
            c = 2;
        }
        //可以用下面的代替
          tmp = step(b,a)
          c = tmp + 2 *(1-tmp);

        这里讲一下步骤:

        第一步,参照step的定义图,我们需要先想方设法把if内的内容搞成 a >= b或者a <= b,然后分析一下if else里面所求内容,写成可以根据step得到的0或1进行计算的表达式,因为shader的判断逻辑一般比较简单,所以这一步不会特别难,然后就ok了,下面让我们来做一下:

        改写:

        if(a && b)

         {   c = 1;  }

        else{c = 2;}

        a&&b可以用乘法来代替,即if (a*b <=0)[这里也不严谨,如果a,b是负数就不对了,但很少会是负数],所以我们对比step的定义图可以得到:

         tmp = step(a*b,0); 

         c = tmp + 2 * (1-tmp);

      3.如果能用fixed(-2,2)就用fixed,不然用half,最后才考虑用float,是几倍的性能之差。

      4.使用纹理来编码函数,即控制贴图,可以用很小的贴图然后通过插值获得大范围的数据,这些都是GPU硬件支持的,节省了GPU处理周期。

      5.只渲染必须着色的片段。比如可以预先打开深度测试,然后再对经过测试的片段进行fragment shader指令。

     5.

    • float4 _Time : Time (t/20, t, t*2, t*3), use to animate things inside the shaders

        

     6.记一次svn从主干merge .unity场景文件到分支的坑:

        1.必须文件级别merge,不能文件夹级别merge,也就是说merget from的目录要详细到该文件

        2.merge后必须在分支打开该.unity文件,看是否和主干一致,我发现修改一些obj的static属性没有同步过去

       总结:.unity文件不知具有何特殊性,svn merge时需要谨慎对待,这次问题出乎我意料,严重影响了出包时间。

    7.GrabPass捕捉屏幕纹理

    Shader "Custom/GrabVF" {
     Properties {
      //_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
     }
     SubShader {
      // 在所有不透明对象之后绘制自己,更加靠近屏幕
      Tags{"Queue"="Transparent"}
      // 通道1:捕捉对象之后的屏幕内容放到_GrabTexture纹理中
      GrabPass{} 
      // 通道2:设置材质
      Pass{
       Name "pass2"
       CGPROGRAM
       #pragma vertex vert
       #pragma fragment frag
       #include "UnityCG.cginc"
       sampler2D _GrabTexture;
       float4 _GrabTexture_ST;
       struct v2f 
      {
          float4  pos : POSITION; // 输入的模型空间中,顶点坐标信息
          float4  uv : TEXCOORD0; // 材质信息也包含了xyzw,通常只用xy,但是这里由顶点生成
        };
       v2f vert (appdata_base v)
        {
         v2f o;
         // 从模型坐标-世界坐标-视坐标-(视觉平截体乘以投影矩阵并进行透视除法)-剪裁坐标
         o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
         //o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _GrabTexture);// UV纹理坐标集信息来自屏幕样本对象,如果用这个uv采样,就把全屏的纹理显示到当前物体上了。
         float4 screenUV = ComputeGrabScreenPos(o.pos);//计算该模型顶点在屏幕坐标的纹理信息,,_GrabTexture得到的是全屏纹理,要根据当前模型所在位置进行采样,显示的是物体背后的屏幕纹理而不是全屏,这个函数输入的是在[-w,w]立方体中的坐标,输出的是[0,w]立方体中的坐标,所以下面还要/w
         o.uv = screenUV.xy/screenUV.w;
         return o;
        }
       float4 frag (v2f i) : COLOR
       {
        // 对_GrabTexture纹理进行取样,进行2D纹理映射查找
        half4 texCol = tex2D(_GrabTexture, i.uv);
        // 颜色反相,便于观察效果
        return 1 - texCol;
       }
       ENDCG
      }
     }
     FallBack "Diffuse"
    }

      当然也可以把相机rtt到一个tex中,然后把tex设给物体的shader,这样也能获得屏幕纹理了。

    8.语义可以在结构里修饰变量,也可以直接修饰变量

    struct app_data
    {
        float4 pos: POSITION;
    }
    void vert(app_data v){}
    void vert(float4 pos:POSITION){}

     语义是一种黏合剂,它把流水线各个阶段的数据连接起来,它指明了数据对应的硬件资源,只有入口函数(顶点函数/片段函数)才使用语义,内部函数(库or自定义的)不能使用。

    但同一个语义在不同阶段(输入、输出、顶点、片段)不是一样的,它只是连接“不同阶段”,比如应用程序的输出和顶点函数的输入,顶点函数的输出和片段函数的输入,使得后者可以去相应硬件取得前者的值并生产自己的值,比如片段函数的输入的POSITION其实是顶点函数输出的POSITION插值后的数值,并不一致。

    9.swizzle重组操作符是一个圆点.:

    float4 a;

    a.z;a.wz;等,这个操作符效率很高,被硬件支持。

     矩阵重组:

      float a; float3 b;

      float4x4 matrix;

      a = matrix._m32;b = matrix._m32_m00_m11;也可以数组提取b = matrix[0].xyz;

    写入掩码:float4 a = (0,0,0,00;float2 b = (1,1); a.xz = b;这里不能写成a.zz,即写入掩码不能重复。

    10.可以用使用“out”、“inout”、“in”等进行输入输出标识,无限制是默认是in, out可以用来输出更多变量,但感觉这个用处不大,毕竟使用结构体就能够输出多个。

    11.,即较老的机器可能出乎意料。

    12.基本的片段profile(即早期)只能用一个给定的纹理坐标集存取它对应的纹理,即一个纹理一次只能读取采样一次,下面是不支持的:

      float4 col1 = tex2D(_tex, uv1);

      float4 col2 = tex2D(_tex, uv2);

      需要搞成:tex2D(_tex, uv1);tex2D(_tex1, uv2);其中_tex和_tex1绑定同一纹理

    13.diffuse = Kd * Max(dot(N, L), 0);

      specular = Ks * (Max(dot(N, H), 0)^shininess;其中H 是规范化V和L的半角向量:H = normalize(V+L);

    14.顶点shader 访问的光照向量,视线向量,是物体空间吗?应该是了,毕竟Unity的光照函数里,直接用之和模型的法线进行计算了,而那个法线是物体空间的。

    15.有人在知乎问如何评测一个shader的性能,我摘取了叶劲峰老师的答案片段:

      游戏过程有很多变数,例如渲染1个接近镜头的NPC和渲染10个远离镜头的NPC,其性能分别难以预测。瓶颈经常会改变。

      有一些shader是较容易评测的,例如,全屏后期处理的瓶颈在于pixel shader、纹理采样和带宽,其运行复杂度与屏幕分辨率成正比。

      对于其他shader,最简单的评测方式是,观察shader源代码编译成汇编之后的一般指令及纹理采样指令数目。这是一个非常粗糙的评测方式,但可以用于作一些简单的统计,找出那些可能有问题的shader。这适合像UE给美术随意创建shader的情况。

      但在游戏开发中,我看到一般的做法是,以执行游戏来作整体评测及优化,而不是单独评测各个部分。一方面是因为游戏有很多变数,另一方面是因为人力成本。所以通常会做一些自动评测整体性能的测试,例如让Bot在场景中行走,记录整体的帧率、CPU/GPU时间、draw-call等。如自动测试程序发现超出预期的数值,就发电邮通知团队。这种测试每天自动执行,可画出按天数的性能图表,知道开发及优化的整体情况。

      这种做法大概也可以推广到其他方面的自动化监控。

    16.把对各个顶点数值不同的计算放shader里,把对各个顶点数值相同的变量放cpu里,然后传给shader

    17.许多实现可以在顶程序点实现,也可以在片段程序实现,一般地,在后者实现能提高效果,但前者实现能提高性能,要斟酌。另外,如果该变量在顶点间是线性变化的,应该在顶点shader里计算,或者变化不快(如漫反射系数),可以在顶点shader里计算,如果变化很快(如高亮系数),应该在片段shader里计算,实践见真知。

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