【UnityShader】Shader自習メモ②
目標
frag関数がそもそも何を返せばいいのかをなんとなく確認する。
frag関数とは
３Ｄモデルの頂点の集まりでできた欠片（フラグメント）の関数。
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
return ???;
}
なんのこっちゃって感じですね。
１つずつ確認していきましょう。
- fixed4型の戻り値
fixed4というのは４つのf少数値が入る配列です。
特にここではfixed4を色情報(RGBA)の格納に使います。
float4も大体おなじっぽい？
- v2f型の引数
頂点関数から受け取った。
入力を意味するinputからiと命名されてるのでは？（推測）
INという記述も結構見ます。
- SV_Target
ピクセルのカラーがなんちゃら敵なセマンティクス
よくわからない。触らない方がよさそう。
- return ???
ここで返す値(fixed4型)がフラグメントの色になる。
とりあえず
float4 frag(v2f i) : SV_Target
の形は崩さない方がベター。
{}の中身が最も重要。
値の返し方
まずは何が返せるのか把握してから・・・
とりあえず０とか１返す
なにをしたらいいのかわからないのでとりあえず0をreturnしてみる。
このシェーダを適当なマテリアルに割り当てて、Planeで確認。
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
return 0;
}
黒くなった・・・
じゃあ１にすると・・・
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
return 1;
}
色々試してみると、
・０以下は真っ黒になる
・１以上は白くなる
・0より大きく1未満の値はグレースケール
という結果になりました。
１つの値をreturnするとグレースケールで値が表現されるっぽい。
float4で返してみる。
そもそもfloat4型を戻り値としているんだからfloat4で返してもみる。
RGBA値を使うから赤でやってみる。
赤はRGBA値で R(赤色)が１,A(透明度)が１,それ以外が０なので、 (1,0,0,1)と表現します。
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float4 c = float4(1,0,0,1);
return c;
}
設定したRGBA値で表現される色がそのまま塗られるらしい。
ただ、A(透明度)はなにを設定しても変化がない・・・？とりあえず１にしておけばよさそう。
float2は・・・？
floatとfloat4でできるならfloat2でもやってみる。
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float2 c = float2(1,1);
return c;
}
ピンクだし。エラー出てるし。
（マイクラのMOD作ってるとき思い出した。）
値の返し方まとめ
・float可
・0~1↑の値
・float4可
・Aは適用外・・・？
・それ以外の型は不可
・ピンクになっちゃう
使えそうな関数
あらかじめ用意された関数がいくつかある。
HLSLの関数まとめのやつ。
組み込み関数 (DirectX HLSL) | Microsoft Docs
distance(x, y)・・・xとyの距離を返す
step(a,x)・・・グラフのステップ xがaより大きければ１、a未満なら0を返す
abs(x)・・・xの絶対値を返す
三角関数・・・いっぱいある。いっぱいつかう
frac(x)・・・xの小数点部分だけ返す
floor(x)・・・x以下かつ最大の整数を返す
ほかにもいっぱいある。
こういうのを組み合わせてShaderを作るらしい。
distance関数やってみる
２点間の距離を求める関数。
とりあえず0と1いれる
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float dis = distance(0, 1);
return dis;
}
モデル上の場所によって色を変えたいから、引数の値を代入してみる。
引数 i はfloatではないので i 内部の uv を1の代わりに使う。
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float dis = distance(0, i.uv);
return dis;
}
fragが返した値が0 👉 黒くなる
fragが返した値が中間👉グレー
fragが返した値が1 👉 白くなる
この画像だと
・左下が黒い👉左下で返した値が0
・右上、右下、左上が白い👉3点で返した値が1
ということは・・・・・？
i.uvはモデル上の座標(?)を表しているらしい。
i.uvのパラメータxとyが何を表しているか確かめるため、RGB値のRedとBlueにそれぞれ割り振ります。
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float disX = distance(0, i.uv.x);
float disY = distance(0, i.uv.y);
return float4(disX,0,disY,1);
}
0~1の値で表現されてるのは幅高も一緒。
そういえば、
なにげなくdistance(0,1)とかやってたけど、
勝手にdistance( float2(0,0), float(1,1) )に変換されてるみたいですね。
distanceの使い道
- 二点間の距離をだすもの
- グラデーションとしても使えそう。
step関数やってみる
xが変位する中で、aを超えたらf(x)が１になる関数をstepというらしい。
いや、stepってなんのことだよ・・・・・？？？
いろんなサイトでグラフを出して説明してるのが関係ありそう。
こういうの
たぶん、赤い線が段差になってるからステップなんだと思う。
いろんな方が言及してるけどif文より早いらしい。というかif文の代わり。
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float st = step(0.1, i.uv.x);
return st;
}
stepの使い道
- if文の代わり
- 二階調にする
基礎中の基礎らしい。
四則演算して返してみる
distance関数とstep関数はなんとなくわかったので、つぎは四則演算したらどうなるのかやってみる。
distanceとstepをさきほどと同じ値で呼んで、四則演算したものをfrag関数の戻り値にする。
足し算を返す
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float dis = distance(0, i.uv);
float st = step(0.1,i.uv.x)
return dis + st;
}
はじっこだけグラデーションされた。
つまりどういうこと・・・・・？
計算してみましょう。
frag関数の戻り値と描画は
・白描画 → １以上
・グレー描画 → ０～１
・黒描画 → ０以下
です。
distance関数の値は左下から
・値が０～１へと変化
step関数の値は、左から
・10%が値０
・90%が値１
となっています。
この二つを足した値から戻り値は
・10%が戻り値０＋０～１👉０から１
・90%が戻り値１＋０～１👉１以上
になるのでこんな描画になるみたいです。
distanceやstepは必ずゼロか正の値を返すはずなので、
1+distansceのように戻り値を設定すると必ずすべてが白い描画になります。
引き算を返す
stepもdistanceも0~1の値なので、
1 - dinstanceのように値を返すと反転した描画になります。
distanceやstep自体にマイナス符号をつけるとー１～０の値になるので黒のみが描画される。
それぞれを引くと大体-1～１で描画されるので黒以外も描画される。
順番でだいぶ意味が変わってくる。
1-( step - distance )を返してもまた変わってくるので難しい・・・。
掛け算を返す
これが一番使うことが増えそう？な気がする。
いろんな描画関数を自作したとき、その全部を同時に描画するときは単純に積でいいと思う。
たとえばOrbit（惑星とその軌道）を表現するときは
”黒い輪を描画する関数”
と
”ぐるぐる回る円を描画する関数”
の積を戻り値にすればいい。
割り算を返す
ん？割り算ってことはゼロ除算が起きてエラーになるんじゃ・・・
できたわアイツ
いや、なんで？
調べたけどゼロ除算の数学的話しか出てこなかった・・・。
1/0とか1/distanceとか、あきらかにゼロ除算が発生するように戻り値を設定すると警告文は出てきました。
別のシェーダ作ってるときfunc( i.uv.x / 2 )でreturnしたらうまくいかなかったんですが、func( i.uv.x * 0.5 )でreturnするのは大丈夫だったので、今はなるべく割り算は使わない方がよさそうです。要チェックや！
参考にさせていただいたサイト・スライド
・「楽しい！Unityシェーダー お絵描き入門！ 」
@setchiさんのスライド
ガチガチの初心者が始めるべき順番、知識量を適切に教えてくれる。受け身で始めるならこっち。
docs.google.com
・おもちゃラボさん
調べたいことに対しての情報が良い感じに載っていてスゴイ。自発的に始めるならこっち。
nn-hokuson.hatenablog.com
