ムラサメ研究ブログ

主にゲームやプログラミングのログ

UNITYシェーダー研究 Vertexライティング?

コード
https://github.com/YukiMiyatake/UnityLesson/tree/Shader_7

はじめに

前回まではピクセルシェーダにてライティング計算をしていました
これはクオリティの高いライティングになりますが、少し処理が重くなるので
ディフューズカラー、スペキュラを頂点シェーダで計算しようという計画

シェーダー入出力の説明

今まで説明省略してたのを大雑把に
頂点シェーダ(vert)、フラグメントシェーダ(frag)には引数がある

頂点シェーダの引数は構造体で表現し、頂点ごとのパラメータが入ってくる
例えば ポジション、法線、UVなど

そして頂点シェーダの返り値も構造体で、頂点毎の情報を設定する

そして 頂点毎にフラグメントシェーダに その時 ポジション(SV_POSITION)以外は線形補完されます
UVが保管され、テクスチャマッピングが正しく出来るのはわかると思うが
法線なども補完され、ライティングがスムースになります

シェーダ引数は、型のほかにセマンティクスがあり、目的別に指定します
細かい事は説明しません

たとえば前回は

 struct appdata
    {
        float4 vertex : POSITION;
        float3 normal : NORMAL;
        float2 uv     : TEXCOORD0;
    };

    struct v2f
    {
        float4 vertex : SV_POSITION;
        float4 vertexW: TEXCOORD0;
        float2 uv     : TEXCOORD1;
        float3 normal : TEXCOORD2;
    };

頂点シェーダの引数は ポジション、法線、UV座標
フラグメントシェーダ引数は ポジション、ワールド座標でのポジション、UV、法線

フラグメントシェーダ引数はピクセルごとに補完される

方針

1個目のライト(ForwardBase)は現状通りのピクセルでのライティングを行う

2個目以降のライト(ForwardAdd)は、頂点シェーダでライト計算を行い ピクセルシェーダでは補完された値を使う
少し精度はわるくなるが、計算量は削減されるはずである

具体的には ディフューズの値を補完することができる
スペキュラに関しては補完することも可能であるが、大きくクオリティが落ちる可能性がある
今回は例として スペキュラも補完して軽くしよう

コード

具体的には ディフューズとスペキュラの計算を頂点シェーダに持っていく
ディフューズとスペキュラの値を フラグメントシェーダに渡す

構造体は下記になる

    struct appdata
    {
        float4 vertex : POSITION;
        float3 normal : NORMAL;
        float2 uv     : TEXCOORD0;
    };

    struct v2f
    {
        float4 vertex : SV_POSITION;
        float2 uv     : TEXCOORD1;

        float3 diffuse : TEXCOORD2;
        float3 specular : TEXCOORD3;
    };

頂点シェーダの入力に変更なし

フラグメントシェーダの入力は
仕様にて vertexは削れない
ワールド座標のポジションは不要 法線も不要

ディフューズ値とスペキュラ値を追加

    v2f vert(appdata v)
    {
        v2f o;
        o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        float4 vertexW = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);

        o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
        float3 normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);


        float3 L = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
        float3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos - vertexW.xyz);
        float3 N = normal;
        float3 H = normalize(L + V);
        float3 lightCol = _LightColor0.rgb * LIGHT_ATTENUATION(i);
        float3 NdotL = dot(N, L);

        o.diffuse = (NdotL*0.5 + 0.5) * lightCol;
        o.specular = pow(max(0.0, dot(H, N)), _Spec1Power) *  _Spec1Color.xyz * lightCol;  // Half vector

        return o;
    }

    float3 frag(v2f i) : SV_Target
    {

        // texture albedo
        float4 tex = tex2D(_MainTex, i.uv);

        return i.diffuse * tex + i.specular;
    }

フラグメントシェーダで計算していたディフューズとスペキュラを頂点シェーダで計算
フラグメントシェーダでは 補完されたディフューズとスペキュラをそのまま利用する

通常
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軽量化 f:id:murasame-labo:20170925004122p:plain

心配になるぐらい 変わらなかった(心配