瞎聊 Unity Shader 系列之十：数据的标签：语义绑定

这节内容跟 [渲染管线] 内容关系比较紧密，建议先了解渲染管线的整个流程。

我们知道渲染管线整个流水线都有数据的输入输出，这样就存在几个问题：

这些数据都是什么？
这些数据输入或输出到哪里？
Shader 里面怎么体现？

这节内容主要是讲上面三个问题

数据的种类

一般情况能利用的有如下几种：

坐标系中的位置 (position)
法线 (normal)
切线 (tanent)
颜色 (color)
纹理坐标 (texture coordinate)

数据的输入输出

数据存放在寄存器里面。输入的时候从寄存器读取数据，输出的时候将数据写到寄存器里面。

Shader 中的体现

首先是数据的种类的表示。现实生活中，我们也喜欢物品分类，然后对分类取个名字或贴个标签，以后我们便可以从这一类中存取属于这类的物品。Shader 里面也有类似的做法，给 Shader 函数输入输出的数据结构打上标签。这种标签叫做 语义（Semantic），打标签的行为叫做 语义绑定 。一般用一个冒号后面带上标签的名字来表示。长相大概是这个要样子 :XXXXX （XXXXX 表示语义）。

我们有了标签，那我们把它放在 shader 代码什么地方呢？之前提到我们是给函数输入输出的数据结构打上标签，而函数的输入就是参数。对于参数，我们可以使用结构体也可以直接使用基础数据类型，所以能出现如下两种位置：

使用基础数据类型做参数时，大概是这个样子：

void shaderFunction(dataType variableName :XXXXX)

使用结构体声明中时（这个结构体要当作 shader 函数的参数）大概是这个样子:

struct StructName {
datatype propertyName :XXXXX
}

另外一种是函数的输出，如果直接给返回值后面带上标签，代码会长成这个样子：

dataType :XXXXX shaderFunction()
{
…..
}

但是 CG 等语言没有像上面那么做（个人觉得上面的方式会容易让人误解为标签就是返回值类型，其实不是），而是将标签移到函数的括号后面，所以最后应该只长成这个样子：

dataType shaderFunction() : XXXXX
{
……
}

好了，就上面3个位置。那语义（上面的 XXXXX）都有哪些呢？一般有如下几种：

POSITION： 表示顶点在物体坐标内的位置
SV_POSITION： 表示被转换到投射空间后的坐标位置 (通过 UNITY_MATRIX_MVP 这个矩阵可以转换)，可以参照 [坐标系] 这一节内容。
COLOR： 表示颜色
NORMAL： 表示法线
TANGENT： 表示切线
TEXCOORD0 和 TEXCOORD1 : 纹理坐标 UV0 和 UV1。UV 换个说法就是 XY 坐标，只不过是为了怕重名导致的混淆，所以叫做UV。 U 表示横坐标， V表示纵坐标。

现在我们知道通过标签来表示数据的分类, 那怎么表示输入和输出呢？答案是用关键词 in, out, inout。光从名字上来看我们就知道 in 表示输入， out 表示输出， inout 表示输入输出。参数如果特别表明，默认为输入。可以参考下在 Unity 编辑器里面的创建的默认 shader，里面就有这几个关键词的用法。

最后要说明一点，上面所说的在 Shaderlab 中都应该包括在 CGPROGRAM ... ENDCG 语句块里面，因为这个是 CG 等语言的内容。

举个例子

现在举个代码的例子来说明（如果对下面代码结构等不是很明白，强烈建议从头开始看本系列的文章）：

语义定义示例代码

Shader "Custom/Shader10" {
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }

        pass {

            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            // 结构体中使用语义绑定
            struct VertexOutput {
                float4 pos :SV_POSITION;	   	// 转换到投射空间后位置
                float4 texcoord :TEXCOORD0;		// 顶点颜色
            };


            VertexOutput vert(in float4 pos :POSITION /*参数中使用语义绑定*/)
            {
                VertexOutput output;
                output.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, pos);
                output.texcoord = pos + float4(0.5, 0.5, 0.5, 0);
                return output;
                }

            float4 frag(VertexOutput input) :COLOR // 函数后面使用语义绑定
            {
                return input.texcoord;
            }

            ENDCG
        }

    }
}