Godot着色器基础

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简介

着色器是一种运行在GPU上的独特程序。它们会决定如何拾取网格模型的数据(诸如顶点位置，颜色，法线等)以及如何将它们绘制到屏幕上。着色器的工作原理与普通的程序区别很大，因为着色器是按照进行GPU的工作原理优化过的。一个直接的影响就是:当着色器执行完毕后不会保留任何数据;它们将最终颜色输出到屏幕以后，便去进行新的工作了。着色器甚至连自己上一次运行所输出的结果，也是无法获取到的。

Godot所使用的的着色器语言和GLSL非常相似，并且增加了一些功能又稍稍降低了复杂度。这应该归功于Godot整合了内置功能(built-in functionality)，使得编写复杂的着色器程序变得简单。Godot还将一些用户无需操心的底层细节进行了封装，它们可以被解析并作用于渲染管线(Rendering Pipeline)，对于一些更高阶需求，你可以将这个功能关闭并使用一种叫做**“render_mode”**的模式。

本文档将向你介绍一些针对Godot的Shader知识，如果想了解Godot版Shader的细节，请参考Godot着色器语言

着色器类型(Shader types)

Godot并未提供一种通用着色器，因此使用godot着色器必须先指定其用途(2D,3D,particles)。不同类型的着色器支持不同类型的渲染模式,内置变量以及处理函数。

所有的着色器必须在其第一行以如下形式声明其类型：

shader_type spatial;

有效的着色器类型如下：

译者注:3种着色器类型后文中会反复用到，为方便起见，统一使用意译

spatial:3D着色器
canvas_item:2D着色器
particles:粒子着色器

想要获得每种类型的更多细节，请阅读相关的参考文档

渲染模式(Render modes)

不同的着色器类型支持不同类型的渲染模式。渲染模式是个可选项，如果要指定的话，必须位于shader_type声明的后面。渲染模式被用来改变内置函数的处理方式。例如，我们经常会使用**"unshaded"渲染模式来忽略内置的光照处理器函数(light processor function)(译者注:下文中简称光函数**)

渲染模式在着色器类型声明的下方定义：

shader_type spatial;
render_mode unshaded, cull_disabled;

每一种着色器类型都对应着一个可用的渲染模式列表。请参看每种着色器类型的文档了解其对应的完整渲染模式列表。

处理器函数(Processor functions)

依据着色器类型，不同的处理器函数可能会被选择性地重定义(overridden)。对于3D着色器和2D着色器其顶点函数，片元函数或者光函数可能会被重定义。而对于粒子着色器只有顶点函数可以被重定义。

顶点处理器函数(Vertex processor)(译者注:文中简称顶点函数)

在3D着色器和2D着色器中，每一个顶点都会调用一次顶点函数；而在粒子着色器中则是每一个粒子都会调用一次顶点函数。

顶点函数用于修正逐顶点信息(per-vertex information)，这些逐顶点信息将被传递到片元函数中(下文介绍)。并且顶点函数也会被用来创建varying变量(译者注:GLSL三种变量类型uniform，attribute和varying)，以传递到片元函数中(见其它文档)。

在默认情况下，Godot会拾取顶点信息并进行变换(transform)以供绘制。如果这不是你所期望的，你可以使用渲染模式(译者注:上文提到的)，然后自己来变换这些数据; 参见 Spatial shader doc 中提供的范例。

片元处理器函数(Fragment processor)(译者注:文中简称片元函数)

片元函数被用于设置每个像素(Pixel)的材质参数，这部分代码会运行于物体的每一个可见像素或者图元(primitive)绘制。片元函数仅仅对于3D着色器和2D着色器才有效。

片元函数的标准的用法是设置用于光照计算的材质属性。例如，你设置粗糙度(ROUGHNESS),镶边(RIM)或者()

光处理器函数(Light processor)(译者注:文中简称光函数)

光函数也是**逐像素计算(runs per pixel)**的,并且它还要计算每一个影响到对象的光源(如果对象没有受到光的影响，它将不进行计算)，光函数在片元处理器的内部被调用，常用于处理片元函数内部设定的材质属性。

光函数在2D和3D中作用是不同的；想要了解它们之间的差异，请阅读文档 CanvasItem Shaders 和 Spatial Shaders