Unity ShaderLab 坐标空间转换及方法

shader基础

shader空间坐标介绍

未完成的空间转换表

数据类型

名称	shader中的变量名	数据类型	说明
vertex	POSITION	float4	顶点在空间中的位置
normal	NORMAL	float4	垂直于顶点的直线
tengent	TANGENT	float4	与顶点的法线垂直
Direction		float3	顶点在空间中的朝向
Destance		float3	两点之间的距离
texcoord	TEXCOORD0	float4	处理贴图的UV坐标

模型空间

输出空间	模型空间	世界空间	观察空间	裁剪空间
坐标		mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex) = mul(UNITY_MATRIX_M, 方向或坐标)	float4 UnityObjectToViewPos(float4) = mul(UNITY_MATRIX_MV,顶点或方向)	mul(UNITY_MATRIX_MVP, 顶点或方向)
方向		float3 UnityObjectToWorldDir(float3) ：把方向矢量从模型空间变换到世界空间中
法线		float3 UnityObjectToWorldNormal(float3) 把法线方向从模型空间转换到世界空间中	mul(UNITY_MATRIX_IT_MV, 顶点或方向)
灯光	float3 ObjSpaceLightDir(float3)-float4 ObjectSpaceLightDir(float4)：输入模型空间的顶点坐标，返回模型空间中从该点到光源的光照方向。需前向渲染中、且还没归一化
相机	float3 ObjSpaceViewDir(float4 v) 输入一个模型空间中的顶点位置，返回模型空间中从该点到摄像机的观察方向。	float3 WorldSpaceViewDir(float4 v) 输入一个模型空间中的顶点位置，返回世界空间中从该点到摄像机的观察方向。

世界空间

输出空间	模型空间	世界空间	观察空间	裁剪空间	齐次空间
坐标	mul(unity_WorldToObject, 坐标或方向) =mul(UNITY_MATRIX_I_M, 坐标或方向)		mul(UNITY_MATRIX_V, 坐标或方向)	float4 UnityWorldToClipPos(float4)
方向	float3 Unity WorldToObjectDir(float3 dir)-float3 UnityWorldToObjectDir(float3)把方向矢量从世界空间变换到模型空间中
法线
灯光		float3 UnityWorldSpaceLightDir(float4 v) -float3 WorldSpaceLightDir(float4 v) 仅可用于前向渲染中。输入一个世界空间中的顶点位置，返回世界空间中从该点到光源的光照方向。没有被归一化
相机		float3 UnityWorldSpaceViewDir(float4 v) 输入一个世界空间中的顶点位置，返回世界空间中从该点到摄像机的观察方向

观察空间

输出空间	模型空间	世界空间	观察空间	裁剪空间	齐次空间
坐标	mul(UNITY_MATRIX_T_MV,顶点或方向)	mul(UNITY_MATRIX_I_V, 顶点或方向)		float4 UnityViewToClipPos(float4 ) = mul(UNITY_MATRIX_P, 顶点或方向)
方向
法线
灯光
相机

两种写法

unity5.6以下版本写法记作“old”：mul(v.vertex,UNITY_MATRIX_MVP)
unity5.6以上版本写法记作“new”：UnityObjectToClipPos(v.vertex)

					//将顶点从模型空间转换为裁剪空间
                    float3 vec;
                    //模型空间转为裁剪空间
                    vec = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                    // vec =  UnityObjectToClipPos(float4(v.vertex), 1.0));
                    
                    //模型空间转换为观察空间
                    vec =  UnityObjectToViewPos(v.vertex);
                    // vec =  mul(UNITY_MATRIX_MV, float4(v.vertex), 1.0)).xyz;
                    //从世界空间转到观察空间
                    vec =  UnityWorldToViewPos(v.vertex);

                    //模型空间转换到世界空间
                    vec =  UnityObjectToWorldDir(v.vertex);
                    //观察空间转为裁剪空间
                    vec =  UnityViewToClipPos(v.vertex);
                    //世界空间转到裁剪空间
                    vec =  UnityWorldToClipPos(v.vertex);

                    //法线
                    //法线从模型空间转换到世界空间
                    vec =  UnityObjectToWorldNormal(v.vertex);
                    //世界空间转到模型空间
                    vec =  UnityWorldToObjectDir(v.vertex);
                    
                    //摄像机相关
                    //输入一个object空间顶点位置，返回世界空间中从该点到摄像机的观察方向。
                    vec =  WorldSpaceViewDir(v.vertex); 
                    //输入一个object空间顶点位置，返回object空间中从该点到摄像机的观察方向。
                    vec =  ObjSpaceViewDir (v.vertex);

                    //灯光
                    //仅用于前向渲染，输入一个object空间顶点的位置，返回世界空间中从该点到光源的光照方向
                    vec =  WorldSpaceLightDir (v.vertex);
                    //仅用于前向渲染，输入一个object空间顶点的位置，返回object空间中从该点到光源的光照方向
                    vec = ObjSpaceLightDir (v.vertex);

自定义工具函数 随机函数

//获取随机噪点值，这里使用的因子是原x+时间长度
float noise = random(o.pos.x +  _Time.y * 0.4);
//噪点/随机数发生器
float random (float n) {
      return frac(sin(dot(n, float2(12.9898,78.233)))*43758.5453123);
}

法线、切线、副切线\副法线

物体与摄像机的方向、距离

距离

// 将坐标转换到裁剪空间
float3 posView = mul(UNITY_MATRIX_MV,v.vertex).xyz;
// 物体与镜头距离
float distance = length(posView);

方向

//将顶点从模型空间转换到世界空间
float4 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
//获取世界空间中，顶点到相机的方向
o.viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));