Shader 001 - 函数造型能力
0x00 从函数出发
Shader 中的很多效果都是由函数计算得出的,如何更好地理解二者的关系呢。不妨先看看函数是什么?函数的定义可以简单地描述为:给定一个集合 A,对于其中的元素施加法则 f,则可以得到另一个集合 B。将这样的 A 和 B 中的元素的对应关系,反映到二维直角坐标系中,就可以得到一条关于 f 的曲线。比如,正弦函数 sin 的曲线。

那么,应当如何通过函数来得到想要的 Shader 效果?
我们都知道Shader 的中文翻译为着色器,Shader 的作用就是为屏幕中的每个像素着色。一段 Shader 程序的输入是位置信息,输出则是颜色信息。是不是很像函数中的映射关系:f(位置) = 颜色。
0x01 sin 的颜色
有了上面的表达式,稍加转变,我们就可以用 shader 来描述 sin 的颜色。在 shader 中,颜色是由一个四维浮点数向量 vec4 来表示的,分别表示 (r, g, b, a),取值范围为 0.0 到 1.0。为了展示一个完整的 sin 周期,可以对 sin 函数进行一些缩放和平移的操作,使其周期 T = 1.0:
float f = sin(x * PI_2) / 2.0 + 0.5;
同时,也需要将屏幕的像素坐标规范化,使其落在 0.0 到 1.0 之间。下面 st 的计算是一个很常用的操作,其中,gl_FragCoord 是像素的坐标,u_resolution 是画布的尺寸,两者相除可以将像素坐标规范化。
vec2 st = gl_FragCoord.xy / u_resolution;
最终代码:
#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endif
#define PI_2 6.2831853
uniform vec2 u_resolution;
// 绘制 y 和 x 对应关系的曲线
float plot(float y, float x) {
return smoothstep(x - 0.01, x, y) - smoothstep(x, x + 0.01, y);
}
void main() {
vec2 st = gl_FragCoord.xy / u_resolution;
float f = sin(st.x * PI_2) / 2.0 + 0.5;
vec4 color = vec4(f);
float p = plot(st.y, f);
color = (1.0 - p) * color + p * vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
gl_FragColor = color;
}
最后得到的效果如下:

仔细观察从左到右的颜色变化,以及曲线的高度变化。不难发现,函数值越大的地方,颜色就越白,即,越接近白色的 rgba (1.0, 1.0, 1.0, 1.0);而函数值越小的地方,颜色就越黑,即,越接近黑色的 rgba (0.0, 0.0, 0.0, 0.0)。
这非常好理解,颜色 gl_FragColor 的每个分量就是根据函数的值来构造的。
0x02 sin 的形状
说完颜色,不妨再观察一下 sin 的曲线变化,是不是很像一座座高低起伏的山?只需对上面的代码稍加改造,就能得到几座连绵的绿色小山。
#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endif
#define PI_2 6.2831853
uniform vec2 u_resolution;
uniform float u_time;
void main() {
vec2 st = gl_FragCoord.xy / u_resolution;
// st.x += u_time / 2.0;
float f = sin(st.x * PI_2 * 2.0) / 8.0 + 0.2;
float p = 1.0 - smoothstep(f, f + 0.01, st.y);
vec4 color = p * vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
// color = p * vec4(0.1, 0.3, 0.4, 1.0);
gl_FragColor = color;
}
几座抽象的绿色小山,虽然看上去有点粗糙:

还可以取消上面代码中的注释,利用 u_time 值赋予画面一点动效,这样几座绿色的小山又变成波动的海浪。

0x04 理解练习掌握
本文仅谈论了最基本的 sin 函数,但也不难看出,sin 是一个强有力的造型工具。再结合另外两个工具:fract 和 dot,我们还能利用 sin 来绘制一幅简单的噪声图。
#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endif
uniform vec2 u_resolution;
float random(vec2 st) {
return fract(sin(dot(st.xy, vec2(12.9898, 78.233))) * 43758.5453123);
}
void main() {
vec2 st = gl_FragCoord.xy/u_resolution.xy;
float rnd = random(st);
gl_FragColor = vec4(vec3(rnd),1.0);
}
噪声在图形学中有广泛的应用,比如,用来模拟一些不规则的动态表面:火焰、云、岩石等。

在 Shader 中需要时时刻刻与各种函数模型打交道,正是这些函数多样的造型能力以及它们之间的有机结合,实现了多种多样的 Shader 效果。
正确使用这些函数的能力,就是 Shader 的基本功。理解并不断地练习如何使用这些函数,是非常重要的。
Shader 001 - 函数造型能力的更多相关文章
- Book of Shaders 01 - 关于函数造型能力的理解
0x00 从函数出发 Shader 中的很多效果都是由函数计算得出的,如何更好地理解二者的关系呢.不妨先看看函数是什么?函数的定义可以简单地描述为:给定一个集合 A,对于其中的元素施加法则 f,则可以 ...
- unity shader 常用函数列表
此篇博客转自csdn的一位大牛. 中间排版出了一些问题 Intrinsic Functions (DirectX HLSL) The following table lists the intrins ...
- Shader的函数公式以及使用的场景
Shader 是干什么的? 它的作用可以先简单理解为对屏幕上的物体,进行颜色处理. 而大家都知道,所有计算机,处理颜色的当然是显卡,也就是 GPU . 所以我们写 Shader 的目的就是告诉 GPU ...
- Unity3D -- shader常用函数和变量
最近在学习Unity Shader,写Shader的时候总是忘记Unity为我们提供的函数.变量怎么写的,这里整理一下,方便自己查阅,也提供给网友,学习Shader不易. 1.函数 float3 Wo ...
- 渲染路径-surface shader 光照函数与渲染路径
https://docs.unity3d.com/Manual/SL-SurfaceShaderLighting.html Lighting Model declaration Lighting mo ...
- CG Shader常用函数
为了方便自己记忆,将常用的CG函数写于此 转载于 http://www.cppblog.com/lai3d/archive/2008/10/23/64889.html Name Syntax Desc ...
- Unity Shader常用函数,标签,指令,宏总结(持续更新)
极端常用: UnityObjectToClipPos(v.vertex); 最基本的顶点变换,模型空间 ==>裁剪空间 mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex); 顶 ...
- Unity3D -- shader光照常用函数和变量
上一篇记录了shader常用函数和变量,这篇记录一些光照计算时常用函数和变量 1.内置的光照变量 _LightColor0 float4 //该Pass处理的逐像素光源的颜色 _WorldSpaceL ...
- 匹夫细说C#:从园友留言到动手实现C#虚函数机制
前言 上一篇文章匹夫通过CIL代码简析了一下C#函数调用的话题.虽然点击进来的童鞋并不如匹夫预料的那么多,但也还是有一些挺有质量的来自园友的回复.这不,就有一个园友提出了这样一个代码,这段代码如果被编 ...
随机推荐
- android studio实现圆角的button
操作过程 1. 在drawable中新建一个button_circle_shape.xml 但是建立这个xml是有操作的,因为从drawable右键是创建不了xml的, 具体操作如下: 右键res–& ...
- 三、HelloWorld
1.创建Hello.java 文件, 2.输入内容 public class Hello{ //公共类 Hello public static void main(String[] args){ // ...
- Linux 查网关和dns命令
一,查看网关(缺省路由)方法: 1.route -n 或netstat -rn2.ip route show 二, 查看DNS: nslookup www.baidu.com
- DP搬运工1 [来自yyy--mengbier的预设型dp]
DP搬运工1 题目描述 给你 \(n,K\) ,求有多少个 \(1\) 到 \(n\) 的排列,满足相邻两个数的 \(max\) 的和不超过 \(K\). 输入格式 一行两个整数 \(n,K\). 输 ...
- Hbase写入流程图
写入流程图
- NameNode和SecondaryNameNode(面试开发重点)
NameNode和SecondaryNameNode(面试开发重点) 1 NN和2NN工作机制 思考:NameNode中的元数据是存储在哪里的? 首先,我们做个假设,如果存储在NameNode节点的磁 ...
- SpringBoot项目 使用Jenkins进行自动化部署 gitlab打tag 生产测试环境使用 含配置中心
脚本 node('master') { def mvnHome = tool 'maven11-free' def gitUrl = "http://gitlab.wdcloud.cc:10 ...
- Word操作之参考文献自动关联和引用
转载:https://blog.csdn.net/qq_40078121/article/details/88681605 编号选项->定义新编号格式: 选择插入->交叉引用选项: 然后选 ...
- Appium学习笔记
1.创建Maven项目 2.POM文件添加java-client依赖坐标 3.修改脚本,执行脚本 UIAutomator2(自动装置引擎) 4723:Appium服务器端口,用来监听脚本发送过来的指令 ...
- 集成学习小结(RF、adaboost、xgboost)
目录 回顾监督学习的一些要素 集成学习(学什么) bagging boosting 梯度提升(怎么学) GBDT Xgboost 几种模型比较 Xgboost 与 GBDT xgboost 和 LR ...