《Unity着色器和屏幕特效开发秘笈(原书第2版)》一2.3 使用包装数组

简介:

本节书摘来自华章出版社《Unity着色器和屏幕特效开发秘笈(原书第2版)》一书中的第2章,第2.3节,作者 [英]艾伦朱科尼(Alan Zucconi) [美]肯尼斯拉默斯(Kenneth Lammers),更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

2.3 使用包装数组

简单来讲,着色器中的代码需要在屏幕的每一个像素上执行,这也是为什么GPU现在都需要优化成并行计算的。同样的道理,在Cg中的标准变量类型和操作符也得考虑这些优化。理解这些原理不仅有助于正确使用着色器,而且可以帮助我们写出更优的代码。

2.3.1 操作步骤

在Cg中有两种类型的变量:单一值变量和包装数组。后者很容易通过名字识别出来,因为通常会在名字后面加一个数,比如float3或者int4。顾名思义,这种包装数组类型的变量类似于结构体,每一个数组包含数个单一值。Cg将其称为包装数组,尽管这种结构并不是传统意义上的数组。
包装数组的元素可以作为一个普通结构访问到,一般称之为x、y、z和w。然而Cg还给这些元素提供了一些其他的名字,比如r、g、b、a等。使用xyzw和rgba是没有区别的,但是对于读者而言却有很大差异,因此应该选择合适的方式让代码更加表义。其实着色器编码通常是处理一些位置和颜色的计算。你可能已经在标准着色器中见过了:


24d48e4b73120b0d958c6b5fe2cca54e5c168186

在这一行代码中,o是一个结构体,_Color是一个包装数组。这也是为什么Cg不允许将两种方式混着用:比如不能使用_Color.xgz。
包装数组的另外一个不同于C#的重要功能是调和(swizzling)。Cg也可以通过简单一行代码来处理和重新排序包装数组中的元素。再看一个标准着色器中的例子:


8e302c8e41a12d95d3d511d39d20064b87b2a9da

Albedo是fixed3类型的,也就是说其包含三个fixed类型的值。然而_Color是定义为fixed4类型的,如果直接将Color赋值给Albedo会出现编译错误,因为类型不匹配。C#中的实现方式会是这样的:


4fdd0f6bf07fd3727600d82c73fb617bb4276329

但是在Cg中可以使用一种简化方式:


a867ee7c721a41e54fadc91bb68307ac349c5d65

Cg还可以对元素重新排序,比如写成_Color.bgr可以将红色成分和蓝色成分进行对调。
最后,如果将单一值赋给包装数组,则这个单一值会 填充数组的每一个元素:


a867ee7c721a41e54fadc91bb68307ac349c5d65

这一特性又称为涂抹(smearing)。
调和也可以用在表达式的左边,以重写包装数组的部分元素:


0f9e71fbe7e3035a2a740d7f77d4a6590c027290

这种情况称为遮罩(masking)。
包装矩阵
调和特性真正大显身手的地方是用在包装矩阵上。Cg接受矩阵类型的声明,比如float4×4表示一个浮点型数据构成的4行4列的矩阵。你可以通过_mRC标注来访问矩阵的某个具体元素,其中R表示行号,C表示列号:


6a9acc4b3df364831897ee34e5242a43e6b0fdec

_mRC标注可以链式调用:


20c5d6cb6b12dd539c1045470f66b8e9c6b54d8e

使用中括号可以选择一整行:


4943d4ffa113892f8dee4ec3e15255cd46ebf173

2.3.2 参考

包装数组可以说是Cg中最酷炫的特性之一,你可以访问下列网址查看关于包装数组的更多内容:http://http.developer.nvidia.com/CgTutorial/cg_tutorial_chapter02.html

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