Shader开发说明
文件结构
CoreRPLibrary/ShaderLibrary:
保存了大量的工具函数：光照计算工具函数，随机数计算，矩阵工具，坐标转换工具，风场，ParallaxOcclusionMapping等。
CoreRPLibrary/ShaderLibrary/API:
保存了跨平台函数的定义。
HDRP/Runtime/Material:
保存了HDRP中默认支持的材质Shader：Lit，LayeredLit，Stacklit等，都是和各自材质相关的计算。不同的材质中包含了不同的BSDF函数的实现、不同的BuiltinData的组织方式。
HDRP/Runtime/PostProcessing/Shaders:
后处理的Shader，HDRP中后处理全部使用ComputeShader。
HDRP/Runtime/RenderPipeline/ShaderPass:
ShaderPass的定义：包括了Vertex和Fragment程序的定义。
HDRP/Runtime/RenderPipeline/ShaderLibrary:
从C#当中设置的Shader参数，包括：各种变换矩阵、获取矩阵的函数、摄像机参数、场景参数、全部buffer、全局纹理、shader控制参数等。
Shader Pass
RenderPiple的代码中，在不同的时机会渲染不同的ShaderPass（通过lightmode区分）。如果要看更详细的Pass绘制时机，以及Pass之间如何组合成正确的Shader，需要看Pipeline的代码，如果随意组合会得到无法预知的结果，主要的Pass如下：
Forward
前向渲染物体使用这个Pass，正常情况下使用Deferred。透明物体可以使用Forward Pass， StackLit也是Forward Pass。
ForwardOnly
ForwardOnly的用处是：渲染透明物体或在Deferred模式下强制使用Forward模式渲染不透明物体。 例如：StackLit就是使用了{ForwardOnly和DepthForwardOnly}组合的Shader。
DepthForwardOnly
和ForwardOnly对应使用。
DepthOnly
渲染深度，Forward和Deferred必须有一个深度，使用这个Pass。
TransparentDepthPrepass
透明物体Prepass深度
TransparentDepthPostpass
透明物体Postpass深度
注意：上面所有的Pass需要正确的组合在一个Shader当中，不然会出错。例如：自己写的Shader中可以包括：{ForwardOnly，DepthForwardOnly}。 如果出现：{ForwardOnly，DepthOnly}就会出现不可预知的结果。
ShadowCaster
用于渲染阴影的Pass，和老版本不同的是：HDRP的阴影和深度使用了两个不同的Pass。
DistortionVectors
扭曲向量
DistortionVectors
屏幕运动向量
Shader编写
定义LightMode和ShaderPass
如果要实现自己的Shader，第一步需要正确的定义ShaderPass：
不透明物体:主要需要基本的光照渲染Forward或者Deferred、阴影ShadowCaster，深度DepthOnly：
Shader "HDRP"
{
SubShader
{
Pass
{
Name "Forward"
Tags{ "LightMode" = "Forward" }
}
Pass
{
Name "Deferred"
Tags{ "LightMode" = "Deferred" }
}
Pass
{
Name "DepthOnly"
Tags{ "LightMode" = "DepthOnly" }
}
Pass
{
Name "ShadowCaster"
Tags{ "LightMode" = "ShadowCaster" }
}
}
}
不透明物体也可以是（类似StackLit方式）：
Shader "HDRP"
{
SubShader
{
Pass
{
Name "ForwardOnly"
Tags{ "LightMode" = "ForwardOnly" }
}
Pass
{
Name "DepthForwardOnly"
Tags{ "LightMode" = "DepthForwardOnly" }
HLSLPROGRAM
#pragma vertex Vert
#pragma fragment Frag
ENDHLSL
}
}
}
透明物体,需要基本的光照Pass（也可以不计算光照）ForwardOnly或者Forward，深度TransparentDepthPrepass、TransparentDepthPostpass
Shader "HDRP"
{
SubShader
{
Pass
{
Name "ForwardOnly"
Tags{ "LightMode" = "Forward" }
HLSLPROGRAM
#pragma vertex Vert
#pragma fragment Frag
ENDHLSL
}
Pass
{
Name "TransparentDepthPrepass"
Tags{ "LightMode" = "TransparentDepthPrepass" }
}
Pass
{
Name "TransparentDepthPostpass"
Tags{ "LightMode" = "TransparentDepthPostpass" }
}
}
}
可以根据自己的需求组合不同的Pass达到不同的效果。例如：一个物体如果不想要阴影，可以直接去掉ShadowCaster Pass，这样对深度没有任何影响。还有一个重要的问题就是：所有ShaderGraph或者HDRP内置的Shader都包括了ShadowCaster Pass和Depth Pass。所以，需要之后应该需要我们根据需求手动去除这个Pass。
设置Queue
控制渲染时机的除了LightMode之外，另一个是Queue。
HDRP的Queue和原本不同，现在只能定义到SubShader级别.
Shader ""
{
SubShader
{
Tags { "Queue" = "Transparent" }
Pass
{
// rest of the shader body...
}
}
}
HDRP使用了Priority定义Queue，具体参考HDMaterialTags.cs文件。
完成了Queue和LightMode的设置就算是完成一个完整的Shader设置。
Material参数
HDRP的自定义参数设置和原始版本的使用方式是一样的。
不同的是内置参数。HDRP的内置参数全部通过可查看的C#代码设置。需要包括以下两个文件。
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl"
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.high-definition/Runtime/ShaderLibrary/ShaderVariables.hlsl"
这两个文件包括了：版本相关的变量关键字、摄像机矩阵、场景参数、摄像机参数等内容。矩阵类型和原本也有所差异。
灯光设置
HDRP和原始版本最大的区别就是灯光计算，HDPR在一个Pass当中会计算完所有的灯光（包括区域光、环境光、雾、LightMap、LightProbe）。需要从LightList当中读取各种信息。
下面是读取灯光信息的基本形式：
#include "CustomLighting.hlsl"
void LightLoop(...)
{
float NdotV = dot(bsdfData.normalWS, V);
LightLoopContext context;
context.shadowContext = InitShadowContext();
// 计算基于屏幕的细节阴影
context.contactShadow = InitContactShadow(posInput);
context.shadowValue = 1;
context.sampleReflection = 0;
uint lightCount, lightStart;
// =================== 读取点光、聚光灯 =====================
/*
struct LightData
{
float3 positionRWS;
uint lightLayers;
float lightDimmer;
float volumetricLightDimmer;
float angleScale;
float angleOffset;
float3 forward;
int lightType;
float3 right;
float range;
float3 up;
float rangeAttenuationScale;
float3 color;
float rangeAttenuationBias;
int cookieIndex;
int tileCookie;
int shadowIndex;
int contactShadowMask;
int rayTracedAreaShadowIndex;
float shadowDimmer;
float volumetricShadowDimmer;
int nonLightMappedOnly;
float minRoughness;
float4 shadowMaskSelector;
float2 size;
float diffuseDimmer;
float specularDimmer;
};
*/
/*
根据世界坐标位置和灯光类型，返回灯光索引的开始索引和数量.
*/
GetCountAndStart(posInput, LIGHTCATEGORY_PUNCTUAL, lightStart, lightCount);
uint i = 0;
for (i = 0; i < lightCount; ++i)
{
LightData lightData = FetchLight(lightStart, i);
// 计算光照
}
// =================== 读取直线光 =====================
/*
_DirectionalLightCount：直线光个数
_DirectionalLightDatas：所有直线光数组.
直线光保存在CB当中，不参与FPTL,所以直接通过数组计算。
_DirectionalLightDatas的数据结构：
struct DirectionalLightData
{
float3 positionRWS;
uint lightLayers;
float lightDimmer;
float volumetricLightDimmer;
float angleScale;
float angleOffset;
float3 forward;
int cookieIndex;
float3 right;
int tileCookie;
float3 up;
int shadowIndex;
float3 color;
int contactShadowMask;
float shadowDimmer;
float volumetricShadowDimmer;
int nonLightMappedOnly;
float minRoughness;
float4 shadowMaskSelector;
float diffuseDimmer;
float specularDimmer;
};
*/
uint i = 0;
for (i = 0; i < _DirectionalLightCount; ++i)
{
_DirectionalLightDatas[i];
}
// ====================== 读取区域光 =====================
/*
LightData定义同读取点光、聚光灯。
*/
/*
在Lit当中Loop当中可以看到用了两个while，主要是为了GPU优化。
*/
GetCountAndStart(posInput, LIGHTCATEGORY_AREA, lightStart, lightCount);
for(i = 0; i < lightCount; i++)
{
LightData lightData = FetchLight(lightStart, i);
// 计算光照
}
// ==================== 读取环境光，主要处理反射和折射光的分量 =====================
/*
这里有个重要的内容，就是反射和折射信息和光照计算不同，不是叠加，而是反射的上限应该是1。所以具体如何处理不同的反射和折射的关系需要参考Lit。
*/
/*
struct EnvLightData
{
uint lightLayers;
float3 capturePositionRWS;
int influenceShapeType;
float3 proxyExtents;
float minProjectionDistance;
float3 proxyPositionRWS;
float3 proxyForward;
float3 proxyUp;
float3 proxyRight;
float3 influencePositionRWS;
float3 influenceForward;
float3 influenceUp;
float3 influenceRight;
float3 influenceExtents;
float unused00;
float3 blendDistancePositive;
float3 blendDistanceNegative;
float3 blendNormalDistancePositive;
float3 blendNormalDistanceNegative;
float3 boxSideFadePositive;
float3 boxSideFadeNegative;
float weight;
float multiplier;
int envIndex;
};
*/
//Lit当中首先定义了反射和折射的成分，初始化为0.
float reflectionHierarchyWeight = 0.0; // Max: 1.0
float refractionHierarchyWeight = _EnableSSRefraction ? 0.0 : 1.0; // Max: 1.0
// 读取环境光照信息
GetCountAndStart(posInput, LIGHTCATEGORY_ENV, envLightStart, envLightCount);
// 先计算屏幕空间反射：叠加reflectionHierarchyWeight。这部分信息不再Tile当中
{
IndirectLighting indirect = EvaluateBSDF_ScreenSpaceReflection(posInput, preLightData, bsdfData, reflectionHierarchyWeight);
AccumulateIndirectLighting(indirect, aggregateLighting);
}
// 计算屏幕折射。
if ((featureFlags & LIGHTFEATUREFLAGS_SSREFRACTION) && (_EnableSSRefraction > 0))
{
// 折射信息
envLightData = FetchEnvLight(envLightStart, 0);
}
// 反射和折射探针。
if (featureFlags & LIGHTFEATUREFLAGS_ENV)
{
for(i = 0;i<envLightCount;i++)
{
uint v_envLightIdx = FetchIndex(envLightStart, i);
EnvLightData s_envLightData = FetchEnvLight(v_envLightIdx);
// 处理环境光
}
// 使用天空纹理计算IBL
if ((featureFlags & LIGHTFEATUREFLAGS_SKY) && _EnvLightSkyEnabled)
{
context.sampleReflection = SINGLE_PASS_CONTEXT_SAMPLE_SKY;
EnvLightData envLightSky = InitSkyEnvLightData(0);
// 处理envLightSky
}
}
}
重要函数
需要通过Tile读取的灯光
#define LIGHTCATEGORY_PUNCTUAL (0) #define LIGHTCATEGORY_AREA (1) #define LIGHTCATEGORY_ENV (2)
FetchLight
灯光就是直接从Buffer当中读取的，但是索引是要通过FPTL、Cluster、Big-Tile等方法读取的，下面是直接读取灯光信息：
LightData FetchLight(uint start, uint i)
{
uint j = FetchIndex(start, i);
return _LightDatas[j];
}
LightData FetchLight(uint index)
{
return _LightDatas[index];
}
EnvLightData FetchEnvLight(uint start, uint i)
{
int j = FetchIndex(start, i);
return _EnvLightDatas[j];
}
EnvLightData FetchEnvLight(uint index)
{
return _EnvLightDatas[index];
}
FetchIndex
具体的索引如何读取，就要看是否使用FPTL、Cluster、Big-Tile或者不用光照优化策略：
#ifdef USE_FPTL_LIGHTLIST // 使用FPTL
uint FetchIndex(uint tileOffset, uint lightOffset)
{
const uint lightOffsetPlusOne = lightOffset + 1; // Add +1 as first slot is reserved to store number of light
// Light index are store on 16bit
return (g_vLightListGlobal[DWORD_PER_TILE * tileOffset + (lightOffsetPlusOne >> 1)] >> ((lightOffsetPlusOne & 1) * DWORD_PER_TILE)) & 0xffff;
}
#elif defined(USE_CLUSTERED_LIGHTLIST) // 使用Cluster 例如：对于透明物体就用Cluster
uint FetchIndex(uint lightStart, uint lightOffset)
{
return g_vLightListGlobal[lightStart + lightOffset];
}
#elif defined(USE_BIG_TILE_LIGHTLIST) // 使用BigTile
uint FetchIndex(uint lightStart, uint lightOffset)
{
return g_vBigTileLightList[lightStart + lightOffset];
}
#else // 没有
// Fallback case (mainly for raytracing right now)
uint FetchIndex(uint lightStart, uint lightOffset)
{
return 0;
}
#endif // USE_FPTL_LIGHTLIST
GetCountAndStart
获取灯光列表的起始索引和数量，同上。具体查看LightLoopDef.hlsl源文件。