【Unity】Geometry Shader實現
https://www.cnblogs.com/jaffhan/p/7565178.html
Unity官方文件關於Geometry Shader的內容較少。不過也是因為Unity的開發者大多數面向的是移動平臺開發，所以Geometry Shader作為DirectX 10的特性並沒有被開發者廣泛使用。
首先要知道，Geometry Shader和Vertex Shader以及Fragment Shader的區別。
在DirectX 9的渲染管線中，可程式設計的Shader只有頂點著色器和片段著色器兩類。但是在DirectX 10開始，渲染管線增加了一個【可選】的幾何體著色器。這是與頂點著色器和片段著色器【理論可選】作為渲染管線必需的兩個著色器的主要區別。
幾何著色器在渲染管線中的位置是在頂點著色器和片段著色器之間，準確的說是和頂點著色器相鄰。所以在功能方面，幾何體著色器的操作和頂點著色器有相似性。一些原來位於頂點著色器中的計算，理論上完全可以轉移到幾何體著色器中進行。但實際操作中，並不建議那麼做。因為幾何體著色器並行呼叫硬體困難，並行程度低，效率和頂點著色器有很大的差距，這是第二個區別。
頂點著色器是逐頂點操作，可以進行座標變換等計算。
片段著色器是逐片段/畫素操作，進行最終輸出顏色的計算。
幾何著色器同理，是逐圖元的操作。它的輸入是圖元，輸出也是圖元。
圖元是渲染物件在頂點著色器之後，光柵化之前的一種狀態。簡單的來說，就是包含點【點Point而不是頂點Vertex】或者線段或者三角形的集合。
經過這些簡單的瞭解，大概能猜到幾何著色器可以用來做什麼了。比如細分【DirectX 11新增了更優的可選的細分著色器實現】，比如Low Poly，比如線框。Billboard也可以，不過Billboard可以在指令碼和頂點Shader中同樣可以實現。
通過簡單的一個Billboard例子來講解幾何體著色器：
給一個Quad使用後的執行結果是產生Y軸約束，面向攝像機的Quad。
1 Shader "Custom/GS Billboard"
2 {
3 Properties
4 {
5 _SpriteTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
6 _Size ("Size", Range(0, 3)) = 0.5
7 }
8
9 SubShader
10 {
11 Pass
12 {
13 Tags { "RenderType"="Opaque" }
14 LOD 200
15
16 CGPROGRAM
17 #pragma target 5.0
18 #pragma vertex VS_Main
19 #pragma fragment FS_Main
20 #pragma geometry GS_Main
21 #include "UnityCG.cginc"
22
23 // **************************************************************
24 // Data structures *
25 // **************************************************************
26 struct GS_INPUT
27 {
28 float4 pos : POSITION;
29 float3 normal : NORMAL;
30 float2 tex0 : TEXCOORD0;
31 };
32
33 struct FS_INPUT
34 {
35 float4 pos : POSITION;
36 float2 tex0 : TEXCOORD0;
37 };
38
39
40 // **************************************************************
41 // Vars *
42 // **************************************************************
43
44 float _Size;
45 float4x4 _VP;
46 Texture2D _SpriteTex;
47 SamplerState sampler_SpriteTex;
48
49 // **************************************************************
50 // Shader Programs *
51 // **************************************************************
52
53 // Vertex Shader ------------------------------------------------
54 GS_INPUT VS_Main(appdata_base v)
55 {
56 GS_INPUT output = (GS_INPUT)0;
57
58 output.pos = mul(_Object2World, v.vertex);
59 output.normal = v.normal;
60 output.tex0 = float2(0, 0);
61
62 return output;
63 }
64
65
66
67 // Geometry Shader -----------------------------------------------------
68 [maxvertexcount(4)]
69 void GS_Main(point GS_INPUT p[1], inout TriangleStream<FS_INPUT> triStream)
70 {
71 float3 up = float3(0, 1, 0);
72 float3 look = _WorldSpaceCameraPos - p[0].pos;
73 look.y = 0;
74 look = normalize(look);
75 float3 right = cross(up, look);
76
77 float halfS = 0.5f * _Size;
78
79 float4 v[4];
80 v[0] = float4(p[0].pos + halfS * right - halfS * up, 1.0f);
81 v[1] = float4(p[0].pos + halfS * right + halfS * up, 1.0f);
82 v[2] = float4(p[0].pos - halfS * right - halfS * up, 1.0f);
83 v[3] = float4(p[0].pos - halfS * right + halfS * up, 1.0f);
84
85 float4x4 vp = mul(UNITY_MATRIX_MVP, _World2Object);
86 FS_INPUT pIn;
87 pIn.pos = mul(vp, v[0]);
88 pIn.tex0 = float2(1.0f, 0.0f);
89 triStream.Append(pIn);
90
91 pIn.pos = mul(vp, v[1]);
92 pIn.tex0 = float2(1.0f, 1.0f);
93 triStream.Append(pIn);
94
95 pIn.pos = mul(vp, v[2]);
96 pIn.tex0 = float2(0.0f, 0.0f);
97 triStream.Append(pIn);
98
99 pIn.pos = mul(vp, v[3]);
100 pIn.tex0 = float2(0.0f, 1.0f);
101 triStream.Append(pIn);
102 }
103
104
105
106 // Fragment Shader -----------------------------------------------
107 float4 FS_Main(FS_INPUT input) : COLOR
108 {
109 return _SpriteTex.Sample(sampler_SpriteTex, input.tex0);
110 }
111
112 ENDCG
113 }
114 }
115 }
GS Billboard
設定著色器編譯目標級別為5.0。不過根據Unity的文件，4.0的著色器編譯目標級別就已經支援Geometry Shader了。
#pragma target 5.0
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設定幾何體著色器函式名稱為GS_Main【可自定義】。
#pragma geometry GS_Main
|
設定頂點著色器向幾何體著色器輸出的最大頂點數量為4。
[maxvertexcount(4)]
|
幾何體著色器輸入的圖元是點，數量為1。輸出的圖元是三角形流。
voidGS_Main(point GS_INPUT p[1], inout TriangleStream<FS_INPUT> triStream)
|
Append()是幾何著色器內建的向輸出流附加頂點的函式，因為允許的最大輸出頂點數量就是4，所以append四次，輸出四個頂點。
triStream.Append(pIn);
|
其他沒有什麼新東西要講，簡單的描述一下這個Shader的流程。
頂點著色器:
將頂點變換到世界空間，同時傳遞頂點法線和填充紋理座標。
幾何著色器:
1.定義一個垂直向上的向量up。
2.計算觀察向量look。
3.將look向量的Y軸設為0並規格化，使得look向量成為平行於XZ平面指向攝像機的單位向量。
4.計算up向量和look向量的叉乘，得到一個垂直於二者的新向量right。
5.計算Size的一半halfS。
6.將輸入的點，以該點為中心點，分別向right向量正負軸向，up向量正負軸向移動halfS的距離，四個頂點的四個頂點的座標。
7.將頂點依次轉換到投影空間，分配UV並Append到輸出流上，最後輸出。
片段著色器:
根據UV對貼圖進行取樣，返回顏色。