👩‍🎓 🚠 🤱🏼 शेडर जादू नहीं है। एकता में लेखन। वर्टेक्स शेड्स ✌🏿 🧜🏾 🍣

सभी को नमस्कार! मेरा नाम ग्रिगरी डियाडिचेंको है, और मैं फॉक्ससाइ स्टूडियोज का संस्थापक और सीटीओ हूं। आज हम शीर्ष शेड्स के बारे में बात करेंगे। लेख एकता के दृष्टिकोण से अभ्यास की जांच करेगा, बहुत ही सरल उदाहरण, साथ ही एकता में छायाकारों के बारे में जानकारी का अध्ययन करने के लिए कई लिंक। यदि आप शेडर्स लिखने में अच्छे हैं, तो आपको अपने लिए कुछ नया नहीं मिलेगा। जो कोई भी एकता में शेड्स लिखना शुरू करना चाहता है, वह बिल्ली का स्वागत करता है।

सिद्धांत की बिट

शेडर प्रक्रिया की बेहतर समझ के लिए, आइए थोड़ा सिद्धांत देखें। वर्टेक्स शेडर या वर्टेक्स शेडर एक शेडर का प्रोग्रामेबल स्टेज होता है जो अलग-अलग वर्टेक्स के साथ काम करता है। बदले में वर्टेक्स विभिन्न विशेषताओं को संग्रहीत करता है जो कि उत्पादन में परिवर्तित विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए शेडर के इस हिस्से द्वारा संसाधित होते हैं।

उदाहरण जहां वर्टेक्स शेड्स का उपयोग किया जाता है

वस्तुओं की विकृति - यथार्थवादी तरंगें, बारिश से तरंगों का प्रभाव, जब एक गोली चलती है, तो विरूपण होता है, यह सब शाट-शेड्स के साथ किया जा सकता है, और यह शेप के टुकड़े वाले हिस्से में बम्प मैपिंग के माध्यम से किए गए एक ही चीज़ की तुलना में अधिक यथार्थवादी दिखाई देगा। चूंकि यह ज्यामिति में बदलाव है। इस विषय पर लेवल 3.0 शेड्स में डिस्पैसमेंट मैपिंग नामक एक तकनीक है, क्योंकि अब उनके पास शेडर के शीर्ष भाग में बनावट तक पहुंच है।

वस्तुओं का एनिमेशन। जब पौधे किसी पात्र या पेड़ों की हवा में चलते हैं, तो खेल अधिक जीवंत और दिलचस्प लगते हैं। इसके लिए, वर्टेक्स शेड्स का भी उपयोग किया जाता है।

कार्टून प्रकाश या स्टाइल। कई खेलों में, शैली के दृष्टिकोण से, यह pbr प्रकाश व्यवस्था नहीं है जो कि बहुत अधिक रोचक है, लेकिन शैलीकरण है। एक ही समय में, यह टुकड़ा भाग में कुछ भी गणना करने के लिए कोई मतलब नहीं है।

Skinning। गेम इंजन में दिए गए क्षण में यह समस्या हल हो जाती है, लेकिन फिर भी यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, वर्टेक्स शेड्स को समझना उपयोगी है।

वर्टेक्स के साथ काम करने के सरल उदाहरण

मैं नहीं चाहता कि ऐसा हो, क्योंकि पुराने पाठों में उल्लू को कैसे आकर्षित किया जाए, तो चलिए चरणों में चलते हैं। एक मानक सतह shader बनाएँ। यह प्रोजेक्ट व्यू में दाहिने माउस बटन के साथ या एसेट्स टैब पर ऊपरी पैनल में किया जा सकता है। बनाएँ-> Shader-> मानक भूतल Shader।

और हमें ऐसा मानक खाली मिलता है।

सतह shader

Shader "Custom/SimpleVertexExtrusionShader"
{
Properties
{
_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
_MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
_Glossiness ("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
_Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200

CGPROGRAM
// Physically based Standard lighting model, and enable shadows on all light types
#pragma surface surf Standard fullforwardshadows

// Use shader model 3.0 target, to get nicer looking lighting
#pragma target 3.0

sampler2D _MainTex;

struct Input
{
float2 uv_MainTex;
};

half _Glossiness;
half _Metallic;
fixed4 _Color;

// Add instancing support for this shader. You need to check 'Enable Instancing' on materials that use the shader.
// See https://docs.unity3d.com/Manual/GPUInstancing.html for more information about instancing.
// #pragma instancing_options assumeuniformscaling
UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)
// put more per-instance properties here
UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props)

void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
{
// Albedo comes from a texture tinted by color
fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
o.Albedo = c.rgb;
// Metallic and smoothness come from slider variables
o.Metallic = _Metallic;
o.Smoothness = _Glossiness;
o.Alpha = ca;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}

यह कैसे काम करता है और सामान्य तौर पर हम मूल अभ्यास के बाद लेख में इसके बारे में विस्तार से विश्लेषण करेंगे, साथ ही हम इसे shaders के कार्यान्वयन के दौरान आंशिक रूप से समझेंगे। अभी के लिए, कुछ चीजें दी गई हैं। संक्षेप में, कोई जादू नहीं है (मापदंडों को कैसे हुक किया जाता है, आदि के संदर्भ में) बस कुछ कीवर्ड के लिए, यूनिट आपके लिए कोड उत्पन्न करता है, ताकि इसे खरोंच से न लिखें। इसलिए, यह प्रक्रिया पर्याप्त रूप से स्पष्ट नहीं है। आप यहां एकता में सतह की छाया और इसके गुणों के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं। docs.unity3d.com/Manual/SL-SurfaceShaders.html

हम इसमें से हर चीज को निकाल देंगे ताकि यह विचलित न हो, क्योंकि दिए गए क्षण में इसकी आवश्यकता नहीं है। और इस तरह के एक छोटे shader प्राप्त करें।

सरलीकृत छायादार

Shader "Custom/SimpleVertexExtrusionShader"
{
Properties
{
_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200

CGPROGRAM

#pragma surface surf Standard fullforwardshadows

#pragma target 3.0

struct Input
{
float4 color : COLOR;
};

fixed4 _Color;

void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
{
fixed4 c = _Color;
o.Albedo = c.rgb;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}

प्रकाश के साथ मॉडल पर बस रंग। इस मामले में, एकता प्रकाश की गणना के लिए जिम्मेदार है।

सबसे पहले, एकता के उदाहरण से सबसे सरल प्रभाव जोड़ें। एक्सट्रूज़न सामान्य है, और इसके उदाहरण पर हम विश्लेषण करेंगे कि यह कैसे काम करता है।

ऐसा करने के लिए, वर्टेक्स जोड़ें : # मॉडगमा सतह सर्फ के लिए मॉडिफ़ायर मोडिफ़ायर फुलफ़ाउंडहैड्स लाइन। यदि हम किसी फ़ंक्शन के पैरामीटर के रूप में inout appdata_full v पास करते हैं, तो संक्षेप में यह फ़ंक्शन एक वर्टेक्स संशोधक है। इसके मूल में, यह वर्टेक्स शेडर का हिस्सा है, जो कोड-जनरेटिंग यूनिट द्वारा बनाया गया है, जो वर्टीकल की प्रारंभिक प्रसंस्करण करता है। प्रॉपर्टीज ब्लॉक में, _Amount फ़ील्ड को मानों को 0 से 1 तक जोड़ें। shader में _Amount फ़ील्ड का उपयोग करने के लिए, हमें इसे वहाँ परिभाषित करने की भी आवश्यकता है। फ़ंक्शन में, हम केवल _Amount के आधार पर सामान्य पर शिफ्ट हो जाएंगे , जहां 0 मानक मानक स्थिति (शून्य शिफ्ट) है, और 1 सामान्य रूप से बिल्कुल बदलाव है।

SimpleVertexExtrusionShader

Shader "Custom/SimpleVertexExtrusionShader"
{
Properties
{
_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
_Amount ("Extrusion Amount", Range(0,1)) = 0.5
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200

CGPROGRAM

#pragma surface surf Standard fullforwardshadows vertex:vert

#pragma target 3.0

struct Input
{
float4 color : COLOR;
};

fixed4 _Color;
float _Amount;

void vert (inout appdata_full v)
{
v.vertex.xyz += v.normal * _Amount;
}
void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
{
fixed4 c = _Color;
o.Albedo = c.rgb;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}

आप shaders की एक महत्वपूर्ण विशेषता देख सकते हैं। यद्यपि shader को हर फ़्रेम में निष्पादित किया जाता है, shader ऑपरेशन के दौरान प्राप्त परिणाम मेष में संग्रहीत नहीं किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग केवल रेंडरिंग के लिए किया जाता है। इसलिए, शेडर के कार्यों के साथ-साथ स्क्रिप्ट में अपडेट से संबंधित होना असंभव है। वे जाल डेटा को बदलने के बिना हर फ्रेम लागू होते हैं, लेकिन बस आगे के प्रतिपादन के लिए जाल को संशोधित करते हैं।

उदाहरण के लिए, एनीमेशन बनाने के सबसे आसान तरीकों में से एक आयाम बदलने के लिए समय का उपयोग करना है। यूनिट में, बिल्ट-इन वैरिएबल्स की एक पूरी सूची है, जो यहां पर मिल सकते हैं। डॉक्स .unity3d.com/Manual/SL-UnityShaderVariables.html इस मामले में, हम अपनी छाया के आधार पर एक नया शेडर लिखेंगे। _Amount के बजाय , फ़्लोट मान _Amplitude बनाते हैं और अंतर्निहित एकता चर _SmTime का उपयोग करते हैं। _सिनटाइम समय की साइन है, और इसलिए यह -1 से 1 तक मान लेता है। हालांकि, यह मत भूलो कि यूनिट शेड में सभी अंतर्निहित समय चर फ़्लोट 4 वैक्टर हैं। उदाहरण के लिए, _STime को पाप (t / 8), sin (t / 4), sin (t / 2), sin (t)) के रूप में परिभाषित किया जाता है, जहाँ t समय है। इसलिए, हम z घटक लेते हैं ताकि एनीमेशन तेज हो। और हम प्राप्त करते हैं:

SimpleVertexExtrusionWithTime

Shader "Custom/SimpleVertexExtrusionWithTime"
{
Properties
{
_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
_Amplitude ("Extrusion Amplitude", float) = 1
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200

CGPROGRAM

#pragma surface surf Standard fullforwardshadows vertex:vert

#pragma target 3.0

struct Input
{
float4 color : COLOR;
};

fixed4 _Color;
float _Amplitude;

void vert (inout appdata_full v)
{
v.vertex.xyz += v.normal * _Amplitude * (1 - _SinTime.z);
}
void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
{
fixed4 c = _Color;
o.Albedo = c.rgb;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}

तो ये सरल उदाहरण थे। यह एक उल्लू खींचने का समय है!

वस्तुओं का विरूपण

मैंने पहले ही प्रक्रिया के गणित के विस्तृत विश्लेषण और इस तरह के प्रभाव को विकसित करते समय सोचने के तर्क के साथ एक विरूपण प्रभाव के विषय पर एक पूरा लेख लिखा है। Habr.com/en/post/435828 यह हमारा उल्लू होगा।

लेख के सभी शेड्स hlsl में लिखे गए हैं। इस भाषा का वास्तव में अपना स्वयं का दस्तावेजीकरण है, जिसे कई लोग भूल जाते हैं और आश्चर्य करते हैं कि आधे वायर्ड फ़ंक्शंस कहाँ से आते हैं, हालांकि वे HLSL docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl- में परिभाषित हैं। आंतरिक-कार्यों

लेकिन वास्तव में, एक इकाई में सतह शेड अपने आप में एक बड़ा और बड़ा विषय है। साथ ही, आप हमेशा एकता प्रकाश के साथ खिलवाड़ नहीं करना चाहते हैं। कभी-कभी आपको सबसे तेज शेडर को धोखा देने और लिखने की ज़रूरत होती है जिसमें पूर्वनिर्धारित प्रभावों का केवल सही सेट होता है। एकता में, आप निचले स्तर के शेड्स लिख सकते हैं।

निम्न स्तर के शेड्स

शेडर्स के साथ काम करने की अच्छी पुरानी परंपरा के अनुसार, इसके बाद हम स्टैनफोर्ड खरगोश को पीड़ा देंगे।

सामान्य तौर पर, तथाकथित एकता ShaderLab अनिवार्य रूप से सामग्री में फ़ील्ड के साथ एक निरीक्षक का दृश्य है और लेखन शेड का कुछ सरलीकरण है।

Shaderlab shader की सामान्य संरचना लें:

सामान्य shader संरचना

Shader "MyShaderName"
{
Properties
{
//
}
SubShader // ( )
{
Pass
{
//
}
//
}
//
FallBack "VertexLit" // ,
}

संकलन निर्देश जैसे
#pragma वर्टेक्स वर्टिकल
# प्रपात खंड सुगंध
निर्धारित करें कि कौन-सी shader क्रमशः शीर्ष और खंड shaders के रूप में संकलित करने के लिए कार्य करती है।

मान लें कि हम सबसे आम उदाहरणों में से एक लेते हैं - मानदंडों के रंग को प्रदर्शित करने के लिए एक शेडर:

SimpleNormalVisualization

Shader "Custom/SimpleNormalVisualization"
{
Properties
{
}
SubShader
{
Pass
{
CGPROGRAM

#pragma vertex vert
#pragma fragment frag

#include "UnityCG.cginc"

struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
fixed3 color : COLOR0;
};

v2f vert (appdata_base v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.color = v.normal * 0.5 + 0.5;
return o;
}

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
return fixed4 (i.color, 1);
}
ENDCG
}
}
FallBack "VertexLit"
}

इस स्थिति में, शीर्ष भाग में, हम परिवर्तित सामान्य मान को वर्टेक्स रंग में लिखते हैं, और पिक्सेल भाग में हम इस रंग का उपयोग मॉडल के रंग के रूप में करते हैं।

UnityObjectToClipPos फ़ंक्शन एक एकता सहायक फ़ंक्शन ( UnityCG.cginc फ़ाइल से) है जो ऑब्जेक्ट के कोने को कैमरे से जुड़े स्थिति में अनुवाद करता है। इसके बिना, एक वस्तु, जब यह कैमरे की दृश्यता (फ्रस्ट्रम) में प्रवेश करती है, तो परिवर्तन की स्थिति की परवाह किए बिना, स्क्रीन के निर्देशांक में खींची जाएगी। चूंकि प्रारंभ में वस्तु के निर्देशांक में शीर्ष पदों को प्रस्तुत किया जाता है। बस उसकी धुरी के सापेक्ष मूल्य।

यह ब्लॉक।

struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
fixed3 color : COLOR0;
};

यह संरचना की परिभाषा है जिसे शीर्ष भाग में संसाधित किया जाएगा और टुकड़े एक में स्थानांतरित किया जाएगा। इस मामले में, यह निर्धारित किया जाता है कि दो मापदंडों को मेष से लिया जाता है - शीर्ष की स्थिति और शीर्ष का रंग। आप इस लिंक पर एक इकाई में कौन से डेटा फेंके जा सकते हैं, इसके बारे में और अधिक पढ़ सकते हैं। डॉक्स .unity3d.com/Manual/SL-VertexProgramInputs.html

महत्वपूर्ण स्पष्टीकरण। मेष विशेषताओं के नाम मायने नहीं रखते। यही है, चलो रंग विशेषता में कहते हैं कि आप मूल स्थिति से विचलन के वेक्टर को लिख सकते हैं (इस तरह वे कभी-कभी एक प्रभाव बनाते हैं जब चरित्र चल रहा होता है ताकि घास "इससे" "पीछे" हो जाए। इस विशेषता को कैसे संसाधित किया जाएगा यह पूरी तरह से आपके shader पर निर्भर करता है।

निष्कर्ष

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद! एक खंडित भाग के बिना कुछ जटिल प्रभाव लिखना समस्याग्रस्त है, इस कारण से हम अलग-अलग लेखों में समान चर्चा करेंगे। मुझे उम्मीद है कि इस लेख के दौरान यह थोड़ा स्पष्ट हो गया कि कैसे वर्टेक्स शेड्स के लिए कोड सामान्य रूप से लिखा जाता है, और जहां आप अध्ययन के लिए जानकारी पा सकते हैं, क्योंकि शेड्स बहुत गहरे विषय हैं।

भविष्य के लेखों में, हम अन्य प्रकार के शेड्स, व्यक्तिगत प्रभावों का विश्लेषण करेंगे, और नए या जटिल प्रभाव पैदा करते समय अपने विचार तर्क का वर्णन करने का प्रयास करूंगा।

एक रिपॉजिटरी भी बनाई गई है जहाँ लेखों की इस श्रृंखला के सभी परिणाम github.com/Nox7atra/ShaderExamples जोड़े जाएंगे। मुझे उम्मीद है कि यह जानकारी शुरुआती लोगों के लिए उपयोगी होगी जो अभी इस विषय का अध्ययन करने में अपनी यात्रा शुरू कर रहे हैं।

कुछ उपयोगी लिंक (स्रोत सहित):

www.khronos.org/opengl/wiki/Vertex_Shader
docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl-reference
docs.unity3d.com/ru/current/Manual/SL-Reference.html
docs.unity3d.com/Manual/GraphicsTutorials.html
www.malbred.com/3d-grafika-3d-redaktory/sovremennaya-terminologiya-3d-grafiki/vertex-shader-vershinnyy-sheyder.html
3dpapa.ru/accurate-displacement-workflow

शेडर जादू नहीं है। एकता में लेखन। वर्टेक्स शेड्स