UnityShader5：基本内置变量

一、需要提前了解的

无论是用哪种图形接口，又或是游戏引擎，入门的数学公式和逻辑就是那一套：

基础线代公式汇总：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/103811465
欧拉角：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/106519595
基本空间：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/106237306
法向量/切线空间：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/106640285 & https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/107917594

顺序有关，①③是必须掌握的，没有办法

想要深入了解的话线性代数的话推荐3B1B的视频，讲的非常好：https://www.bilibili.com/video/BV1ys411472E

二、Unity内置变换矩阵

UNITY_MATRIX_MVP：模型 x 观察 x 投影矩阵，将目标由模型空间变换到裁剪空间
UNITY_MATRIX_MV：模型 x 观察矩阵，将目标由模型空间变换到观察空间
UNlTY_MATRIX_VP：观察 x 投影矩阵，将目标由世界空间变换到裁剪空间
UNlTY_MATRIX_V：观察矩阵
UNITY_MATRIX_P：投影矩阵
unity_ObjectToWorld：模型矩阵
unity_WorldToObject：模型矩阵的逆矩阵
UNlTY_MATRIX_T_MV：UNITY_MATRIX_MV 的转置矩阵，只要没有平移变换，那么这个矩阵就可以当作逆矩阵来参与计算。注意缩放的话要除以缩放倍数，因为此时 UNITY_MATRIX_MV 不是标准的正交矩阵
UNlTY_MATRIX_IT_MV：UNITY_MATRIX_MV 的逆转置矩阵，用于将法线从模型空间变换到观察空间，再次转置就直接是 UNITY_MATRIX_MV 的逆矩阵了

三、Unity内置的摄像机屏幕参数

_WorldSpaceCameraPos(float3)：摄像机在世界空间的位置
_ProjectionParams(float4)：摄像机投影矩阵参数，x为1或-1（投影矩阵是否翻转），y为近平面到摄像机的距离，z为远平面到摄像机的距离，w = 1 + 1/z
_ScreenParams(float4)：x = width, y = height, z = 1 + 1/width, w = 1 + 1/height，其中 width 和 height 分别是该摄像机渲染目标(render target)的像素宽高
_ZBufferParams(float4)：x = 1 - Far/Near, y = Far/Near, z = x/Far, w = y/Far，用于线性化 Z 缓存中的深度值，方便计算
unity_OrthoParams(float4)：x 和 y 是正交投影的宽和高，w表示当前是否是正交摄像机(1or0)，z无用
unity_CameraProjection(float4x4)：摄像机投影矩阵
unity_CameralnvProjection(float4x4)：摄像机投影矩阵的逆矩阵
unity_CameraWorldClipPlanes[6]：相机6个裁剪平面的世界空间方程(ax+by+cz+d)，按顺序为：左、右、底部、顶部、近、远

屏幕坐标的获取：

一种是在片元着色器的输入中声明 VPOS(HLSL) 或 WPOS(CG) 语义，一个参考如下：

fixed4 frag(float4 sp: VPOS): SV_Target
{
    return fixed4(sp.xy/_ScreenParams.xy, 0.0, 1, 0); 
}

VPOS/WPOS 语义定义的输入是一个 float4 类型的变量，其值和 GLSL 内建变量 gl_FragCoord 的值相似，其中小数部分恒为(0.5, 0.5)，整数部分就是数第几个像素点了，若屏幕分辨率为 2560 x 1440，x, y 的取值范围就为(0.5, 0.5, 2560.5, 1440.5)；z坐标为当前片元的深度信息，远裁剪平面处 z 为 1，近平面处 z 为 0；w 分量范围为 $\left[\frac{1}{\text {Near}}, \frac{1}{Far}\right]$ ，Near 和 Far 对应了在 Camera 组件中远近平面到摄像机的距离；如果使用的是正交投影，那么 w 分量的值恒为 1

还有一种方法是通过 Unity 提供的 ComputeScreenPos 函数，这个函数在 UnityCG.cginc 中被定义，不过这种方法获得的 xy 值需要手动进行齐次除法（除以 $w$ ）的操作，z值的范围是[-Near, Far]，w值的范围是[Near, Far]，正好是裁剪空间中的 zw 值，这样如果使用的是正交投影，那么 z 值范围就是 [-1, 1]，w 值恒为 1