शेडर जादू नहीं है। एकता में लेखन। परिचय

सभी को नमस्कार! मेरा नाम ग्रिगरी डियाडिचेंको है, और मैं फॉक्ससाइ स्टूडियोज का संस्थापक और सीटीओ हूं। आज मैं shaders के बारे में बात करना चाहता हूँ। यदि आप शांत ग्राफिक्स प्राप्त करना चाहते हैं, तो मोबाइल प्लेटफॉर्म या एआर / वीआर के लिए विकसित होने पर शेडर्स लिखने की क्षमता (और आमतौर पर प्रतिपादन के साथ काम करना) बहुत महत्वपूर्ण है। कई डेवलपर्स सोचते हैं कि शेड्स जादू हैं। कि उन पर बहुत कम जानकारी है, और यह कि उन्हें लिखने के लिए आपको न्यूनतम, विज्ञान के उम्मीदवार के शीर्षक के रूप में होना चाहिए। हां, उनके सिद्धांतों द्वारा शेड्स का विकास ग्राहक विकास से बहुत अलग है। लेकिन मुख्य बात यह है कि छाया के मूल सिद्धांतों को समझना, साथ ही साथ उनके सार को जानना है, ताकि कुछ भी जादुई न हो और इस विषय पर जानकारी की खोज एक सरल कार्य था। लेखों की यह श्रृंखला शुरुआती लोगों के लिए है, इसलिए यदि आप प्रोग्रामिंग शेड्स में अच्छे हैं, तो यह श्रृंखला आपके लिए दिलचस्प नहीं होगी। जो कोई भी इस विषय को समझना चाहता है - कट के तहत स्वागत करता है!



यह एक परिचयात्मक लेख है जिसमें मैं लेखन के सामान्य सिद्धांतों का वर्णन करूंगा। यदि विषय दिलचस्प है, तो हम अलग-अलग लेखों में अधिक विस्तार से विश्लेषण करेंगे: वर्टेक्स शेड्स, जियोमेट्रिक शेड्स, टुकड़ा / पिक्सेल शेड्स, ट्रिप्लानेर शेड्स, स्क्रीनस्पेस प्रभाव और कंप्यूटर शेड्स (ओपनसीएल, सीयूडीए, आदि)। और सामान्य तौर पर, सभी जादू जो जीपीयू पर किए जा सकते हैं। इसे एकता मानक पाइपलाइन के संदर्भ में हल किया जाएगा। इसलिए LWRP और HDRP अब तक मुझे थोड़ा नम लगते हैं।

एक shader क्या है?

स्रोत: www.shadertoy.com/view/MsGSRd

वास्तव में, यह GPU पर चलने वाला एक प्रोग्राम है, जिसका आउटपुट अलग-अलग जानकारी है। वर्टेक्स शेड्स में, ये मेष वर्टीकल के पैरामीटर हैं। पिक्सेल शेड पिक्सेल द्वारा निष्पादित होते हैं।

यह समझने के लिए कि शेड कैसे काम करते हैं, आपको यह बताने की जरूरत है कि ग्राफिक पाइपलाइन क्या है। बहुत बार लोग जटिल शब्दों में इस विषय के बारे में बोलते हैं, लेकिन हम इसे समझना थोड़ा आसान बना देंगे। OpenGL का उदाहरण लें। इस संबंध में, मैं वास्तव में इस तस्वीर को पसंद करता हूं।



यदि आप प्रकाश व्यवस्था आदि से संबंधित भागों को छोड़ देते हैं। सामान्य तौर पर, Hlsl पर समान अनलिटेड शेड्स लिखने के बिंदु से, सार इस प्रकार है। हमारे पास एक shader है

#pragma vertex vert #pragma fragment frag 

जहाँ हम यह निर्धारित करते हैं कि छायाकार का शीर्ष भाग लंबवत फ़ंक्शन में लिखा जाएगा, और फ़्रेग फ़ंक्शन में टुकड़ा भाग।

हम जिस संरचना में शेडर का वर्णन करते हैं, वह निर्धारित करती है कि हम मेष से कौन सा डेटा लेंगे और वर्टिशर शेडर के साथ प्रसंस्करण के बाद जो हमारे मेशरेंडर और मेशफिल्टर ऑब्जेक्ट्स पर लटका हुआ है।

  struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; UNITY_FOG_COORDS(1) float4 vertex : SV_POSITION; }; 

इसके बाद, वर्टेक्स शेडर एक इनपुट के रूप में एपडेटा डेटा प्राप्त करके गणना करता है और परिणाम को v2f संरचना के रूप में देता है, जो तब टुकड़े टुकड़े करने वाले के पास जाता है। जो बदले में पहले से ही पिक्सेल के रंग की गणना करेगा। चूँकि v2f जानकारी केवल कोने (जो कि पिक्सेल से छोटी होती है) में लिखी जाती है, खंड भाग में डेटा प्रक्षेपित होता है। यह सब इस तथ्य के रूप में दर्शाया जा सकता है कि प्रत्येक शीर्ष में स्वतंत्र रूप से लंबवत माना जाता है। फिर परिणाम को अंश भाग में स्थानांतरित किया जाता है, जहां प्रत्येक पिक्सेल के लिए नाजुक को स्वतंत्र माना जाता है। चूंकि गणना समानांतर में की जाती है, इन भागों में पड़ोसियों के बारे में कोई जानकारी नहीं है (यदि आप इसे किसी भी तरह से चतुराई से प्रसारित नहीं करते हैं)।

अधिक विस्तार से, सभी बारीकियों, साथ ही कई उदाहरणों में एकता के दस्तावेज़ों में वर्णित हैं dun.unity3d.com/Manual/SL-Reference.html

Shader प्रोग्रामिंग भाषाएँ

स्रोत: www.shadertoy.com/view/WsS3Dc

और क्या नहीं भूलना महत्वपूर्ण है। यह तथ्य कि अब शेड्स तीन प्रोग्रामिंग भाषाओं में लिखे गए हैं, जिनका एकता से कोई लेना-देना नहीं है। CG, GLSL और HLSL। एक यूनिट में शेड्स लिखने का सबसे आसान तरीका एचएलएसएल के माध्यम से है, क्योंकि यह वह जगह है जहाँ। Shader अनुमति वाली फ़ाइलें लिखी जाती हैं। और अगर किसी इकाई के संदर्भ में तुलनात्मक रूप से कम जानकारी है, तो एचएलएसएल, जीएलएसएल और सीजी पर अलग से जानकारी सिर्फ टन है। शेडर्स के लिए दस्तावेज़ीकरण बताता है कि इन भाषाओं में लिखी गई चीज़ों को एकता में कैसे स्थानांतरित किया जाए। इसलिए, यह पता चला है कि इन प्रोग्रामिंग भाषाओं के बारे में सामान्य रूप से लगभग सभी जानकारी मान्य है। सभी तीन भाषाएं सी के समान हैं, लेकिन प्रत्येक की अपनी विशेषताएं हैं।

इसके अलावा, अध्ययन करने के दृष्टिकोण से, जब ये भाषाएं अब सवाल नहीं उठाती हैं, तो आप देख सकते हैं कि "यूनिटीसीजी.गिनीक" और एकता द्वारा लिखित अन्य पुस्तकालय अपने काम को आसान बनाने के लिए क्या अवसर प्रदान करते हैं।

क्यों अगर shaders में बुरा है?

स्रोत: www.shadertoy.com/view/Md3cWr

यह समझना महत्वपूर्ण है कि लोहे के स्तर पर शेड कैसे निष्पादित किए जाते हैं और वे इतने तेज़ क्यों होते हैं कि वे बिना किसी दबाव के लाखों ऑपरेशन कर सकते हैं।

GPU का मुख्य विचार गणना की अधिकतम समानता है। यहां इस तरह की अवधारणा को "लहर सामने" के रूप में पेश करना आवश्यक है। वास्तव में, यह काफी सरल है, वेवफ्रंट शेड्स का एक समूह है जो संचालन के समान अनुक्रम करता है। यही है, GPU के दृष्टिकोण से, सबसे अच्छा विकल्प है जब एक ही निर्देश को एक ही समय में निष्पादित किया जाता है। निष्पादन में एकमात्र अंतर इनपुट है। ब्रांचिंग की समस्या यह है कि ऐसी स्थिति हो सकती है जब किसी एक समूह में शेडर्स को अलग-अलग ऑपरेशन करना होगा। जो बदले में एक नया तरंग के निर्माण की ओर जाता है, इसमें डेटा की प्रतिलिपि बनाता है, आदि। और यह बहुत महंगा है।

बारीकियों और अपवाद हैं, लेकिन सुरक्षित रूप से लिखने के लिए यदि, आपको यह समझना चाहिए कि यह ग्राफिक एनी के लक्ष्य संस्करण पर कैसे व्यवहार करता है। चूंकि इस संबंध में एक ही OpenGL ES 2 या DX11 बहुत अलग हैं।

मुझे यह जानने की आवश्यकता क्यों है, क्योंकि नोड संपादक हैं?

यह समझना महत्वपूर्ण है कि नोड संपादक मुख्य रूप से तकनीकी कलाकारों के लिए एक उपकरण हैं। ये ऐसे विशेषज्ञ हैं जो गणित में विशेषज्ञता रखते हैं, लेकिन अधिक डिजाइनर हैं। वायरफ्रेम प्रकार (जहां बायरेंट्रिक निर्देशांक की समझ की आवश्यकता है) के शेड्स या कार्तीय निर्देशांक में परिवर्तन, जो ट्रिक अनुमानों के लिए उपयोग किया जाता है, कोड के साथ करना बहुत आसान है, जैसे भौतिक सामग्री के कई गणितीय मॉडल। उसी समय, एक शेडर प्रोग्रामर के दृष्टिकोण से, आप वास्तविक जादू बनाने के लिए तकनीकी कलाकारों के लिए अनिवार्य रूप से कस्टम नोड्स और उपकरण बनाते हैं। नोड संपादकों के पास इस दृष्टिकोण से सीमित कार्यक्षमता है। इसलिए, hlsl जैसी भाषाओं में shaders लिखने में सक्षम होना महत्वपूर्ण है। समझें कि कैसे काम करता है, आदि।

सीखने के लिए उपयोगी संसाधन

स्रोत: www.shadertoy.com/view/4tlcWj

शेडर प्रोग्रामिंग सीखने के संदर्भ में, एक अच्छा व्यायाम www.shadertoy.com या glslsandbox.com से शेड को फिर से लिखना है। इसके अलावा, एकता के एक विशेषज्ञ की एक शांत प्रोफ़ाइल है, जहां आप बहुत सारे दिलचस्प github.com/keijiro देख सकते हैं

बाकी सब कुछ गणित और प्रभावों की भौतिकी की समझ है। यह कुछ हद तक सामग्री के मिश्रण के समान है, अगर भौतिक मॉडलिंग की विशिष्ट समस्या हल नहीं हुई है। शोर, अपवर्तन, प्रकाश के उप-प्रकीर्णन, कास्टिक, फ्रेस्नेल प्रभाव, प्रसार प्रतिक्रिया और वस्तुओं के अन्य भौतिक गुणों को मिलाकर बहुत सारी दिलचस्प चीजें की जा सकती हैं। सामान्य तौर पर, शेडर प्रोग्रामिंग निश्चित रूप से प्राथमिक नहीं है, और जहां गहराई में खुदाई करना है।

यदि शेड्स का विषय दिलचस्प है, तो मैं इस विषय पर लेखों की एक श्रृंखला जारी करने की कोशिश करूंगा, पहले से ही विभिन्न प्रभावों को बनाने के विषय पर विशिष्ट उदाहरण और ट्यूटोरियल। टिप्पणियों में सुझाव दें कि आपको पढ़ने के लिए क्या दिलचस्पी होगी और अध्ययन के लिए कौन से विषय। आपका ध्यान के लिए धन्यवाद!

लेख के सभी प्रभाव shadertoy के साथ shader प्रभावों की रिकॉर्डिंग हैं।