UnityShader7：内置包含文件UnityCG.cginc与GG/HLSL语义

一、包含文件 .cginc

类似于头文件，cginc 可以理解为 GC include，用 #include 指令包括进来后，就可以使用其中的变量和帮助函数，在上一章：UnityShader6：最简单的顶点/片元着色器中，我们直接通过 UnityObjectToClipPos(v) 这个方法来得到顶点在裁剪空间中的坐标，这个 UnityObjectToClipPos() 方法就实现在对应的 .cginc 文件里

Unity 自带一些非常基础的 .cginc 文件，例如 UnityCG.cginc，在 Windows 系统中，它们在 Unity安装路径/Data/CGIncludes 下

CGIncludes 中几个基本的 .cginc 文件如下：

UnityCG.cginc：包含了最常使用的帮助函数、宏和结构体等
UnityShaderVariables.cginc：包含了许多内置的全局变量，例如 UNITY_MATRIX_MVP 等
Lighting.cginc：包含了各种内置的光照模型，对于表面着色器会自动包含进来
HLSLSupport.cginc：内部声明了很多用于跨平台编译的宏和定义
UnityStandardBRDF.cginc/UnityStandardCore.cginc：物理库，暂时可以不用考虑
……

中间三个 .cginc 文件的特点是，无需使用 #include 指令就会被自动包含，这也是为什么前一章中没有看到类似的代码

也可以自己编写 .cginc 文件，不过要讲究一些格式

二、UnityCG.cginc 主要结构体和函数

可以直接打开 UnityCG.cginc 参考其代码以及函数的具体内部实现，UnityCG.cginc 需要主动包含

常用的结构体套餐：

appdata_img：用于顶点着色器的输入，位置+第1组纹理坐标
v2f_img：用于顶点着色器的输出，裁剪空间的位置+纹理坐标
appdata_base：用于顶点着色器的输入，位置+法线+第1组纹理坐标
appdata_tan：用于顶点着色器的输入，位置+法线+切线+第1组纹理坐标
appdata_full：用于顶点着色器的输入，位置+法线+切线+前4组纹理坐标

常用的帮助函数：

float3 WorldSpaceViewDir(float4 localPos)：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
float3 UnityWorldSpaceViewDir(float3 worldPos)：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
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 WorldSpaceLightDir(float4 localPos)：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光源的光照方向，没有被归一化，仅可用于前向渲染（非延迟渲染）
float3 UnityWorldSpaceLightDir(float4 localPos)：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，仅可用于前向渲染（非延迟渲染）
float3 ObjSpaceLightDir(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光源的光照方向，没有被归一化，仅可用于前向渲染（非延迟渲染）
float3 UnityObjectToWorldNormal(float3 norm)：把法线方向从模型空间转换到世界空间中
float3 UnityObjectToWorldDir(float3 dir)：把方向矢量从模型空间变换到世界空间中
float3 UnityWorldToObjectDir(float3 dir)：把方向矢量从世界空间变换到模型空间中
float3 UnityObjectToViewPos(float3/float4 pos)：把模型空间中的顶点位置变换到观察空间中
float3 UnityWorldToViewPos(float3 pos)：把世界空间中的顶点位置变换到观察空间中
UnityWorldToClipPos/UnityViewToClipPos/UnityObjectToClipPos：把XX空间中的顶点位置变换到裁剪空间中
……

因此，可以将上一章的代码改造如下：

Shader "Jaihk662/NewSurfaceShader"
{
    Properties
    {
        _Color ("Color", Color) = (0.0, 0.0, 1.0, 1.0)
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType" = "Opaque" }
        LOD 200
        PASS 
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert             //声明顶点着色器的函数
            #pragma fragment frag           //声明片段着色器的函数
            #include "UnityCG.cginc"
 
            fixed4 _Color;
            struct vert2frag {
                float4 pos: SV_POSITION;
                fixed4 color: COLOR0;
            };
 
            vert2frag vert(appdata_base v) {
                vert2frag o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.color = _Color;
                return o;
            }
            fixed4 frag(vert2frag i): SV_Target {
                return i.color; 
            }
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

三、Unity 提供的 CG/HLSL 语义

上一章已经介绍了一些常用语义了，语义本质上是让Shader知道从哪里读取数据，并把数据输出到哪里，根据语义的数据传递分类：

从应用阶段传递模型数据给顶点着色器时 Unity 支持的常用语义有：POSITION / NORMAL / TANGENT / TEXCOORD0~9 / COLOR，这里的 COLOR 往往为顶点颜色
从顶点着色器传递数据给片元着色器时 Unity 使用的常用语义有：SV_POSITION / COLOR0~1 / TEXCOORD0~9
片元着色器输出时 Unity 支持的常用语义：SV_Target

关于语义需要注意的是：

Unity为了方便对模型数据的传输，对某些语义进行了特别的含义规定，例如若在顶点着色器的输入结构体中用 TEXCOORDO 来描述 texcoord，Unity 就会自动把第一组纹理坐标填充到 texcoord 中
同样的语义名称可以出现在多个位置中（例如TEXCOORD0~9），但是他们本质上是不同的

系统数值语义(system-value semantics)：DirectX10 后新增，这类语义以 SV_ 开头，SV 代表系统数值，往往带有特殊的含义。例如渲染引擎会把用 SV_POSITION 修饰的变量经过光栅化后显示在屏幕上，不可更改其使用目的也不能随意赋值