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
- 快速入门Mybatis
框架概述 什么是框架 它是我们软件开发中的一套解决方案,不同的框架解决的是不同的问题.使用框架的好处:框架封装了很多的细节,使开发者可以使用极简的方式实现功能.大大提高开发效率 三层架构 UI(表现层 ...
- Mac开发工具
便捷管理你的Mac App Homebrew:https://brew.sh/index_zh-cn 强大的文本编辑器 Sublime Text:http://www.sublimetext.com ...
- python设计模式之模板模式
python设计模式之模板模式 编写优秀代码的一个要素是避免冗余.在面向对象编程中,方法和函数是我们用来避免编写冗余代码的重要工具. 现实中,我们没法始终写出100%通用的代码.许多算法都有一些(但并 ...
- MySQL空间函数实现位置打卡
项目需求是跟用户当前位置判断是否在给定的地理位置范围内,符合位置限制才可以打卡,其中的位置范围是一个或多个不规则的多边形.如下图,判断用户是在清华还是北大. 图形获取区域坐标 因为项目前端使用微信小程 ...
- JAVA 读取excel文件成List<Entity>
package com.fsinfo.common.utils; import com.fsinfo.modules.enterprise.entity.EnterpriseRecordEntity; ...
- MySQL标识列(自增长列)
#标识列/*又称为自增长列含义:可以不用手动的插入值,系统提供默认的序列值 特点:1.标识列必须和主键搭配吗?不一定,但要求是一个key2.一个表可以有几个标识列?至多一个!3.标识列的类型只能是数值 ...
- linux zip压缩文件忽略指定的文件夹
zip -r productImages.zip ./* -x "cache**" 压缩时,会忽略cache下的所有文件及文件夹
- Goland远程连接Linux开发调试
参考链接: https://blog.csdn.net/huwh_/article/details/77879152?utm_source=blogxgwz3 https://baijiahao.ba ...
- openstack nova 虚机镜像后端提取
参考链接:https://www.cnblogs.com/storymedia/p/4500186.html 1.nova 创建的虚机后端目录 其中的base是虚机基础镜像,创建虚机会根据这个基础镜像 ...
- Combining STDP and Reward-Modulated STDP in Deep Convolutional Spiking Neural Networks for Digit Recognition
郑重声明:原文参见标题,如有侵权,请联系作者,将会撤销发布! Abstract 灵长类视觉系统激发了深度人工神经网络的发展,使计算机视觉领域发生了革命性的变化.然而,这些网络的能量效率比它们的生物学对 ...