14.Shader得到VAT数据并赋值

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  1. 14.具体实现-渲染部分-Shader得到VAT数据并赋值
    1. 14.1 知识点
      1. 主要思路和步骤
      2. 创建 Shader，复制之前补充知识中写的支持 GPU Instancing 的代码
      3. 属性块中增加 VAT 纹理属性
      4. Pass 内生成VAT 采样、纹素与实例化缓冲区
      5. 分析进行顶点位置的相关处理，需要得到相关数据
      6. 计算顶点在 VAT 纹理中的索引位置
      7. 计算坐标，把 1D 索引转成 2D 纹理坐标
      8. 采样与解压缩，得到纹理中存储的位置，基于最大最小值，得到正常的顶点返回，并且覆盖掉模型穿过来的顶点
      9. 将顶点从模型空间转换到裁剪空间，传递主纹理的UV坐标
    2. 14.2 知识点代码
      1. VATShader.shader

14.具体实现-渲染部分-Shader得到VAT数据并赋值

14.1 知识点

主要思路和步骤

在 Shader 中利用 VAT 和对应配置信息，在顶点阶段读出当前帧位置并写回顶点。

  1. 让新建的顶点/片元着色器支持 GPU Instancing（#pragma multi_compile_instancing、实例化宏与缓冲区等，见补充知识篇）。
  2. 新建相关属性：
    • VAT 纹理以及纹素（用于之后索引与 UV 换算）
    • 顶点数
    • 顶点最大、最小值（解压缩）
    • 帧率、起始像素索引、当前动画总帧数、偏移位置（多走实例化属性，便于每实例不同）
  3. 在顶点着色器里按规则取 VAT 像素、反映射，再输出裁剪空间与主纹理 UV。

创建 Shader，复制之前补充知识中写的支持 GPU Instancing 的代码

// 支持GPU实例化的Unlit通用着色器
// 适用于不透明物体渲染，可通过实例化属性批量修改物体参数
Shader "Unlit/VATShader"
{
    // 材质面板可编辑的属性
    Properties
    {
        // 主纹理：用于物体表面的基础贴图，默认填充白色
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }

    // 子着色器：核心渲染逻辑定义
    SubShader
    {
        // 渲染标签：标记为不透明物体，适配Unity渲染管线
        Tags
        {
            "RenderType"="Opaque"
        }
        // 细节级别：控制渲染距离，100为基础不透明物体标准值
        LOD 100

        // 渲染通道：执行顶点/片元渲染的核心通道
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            // 编译指令：指定顶点着色器函数
            #pragma vertex vert
            // 编译指令：指定片元着色器函数
            #pragma fragment frag
            // 编译指令：启用雾效多版本编译，适配场景雾效
            #pragma multi_compile_fog
            // 编译指令：启用GPU实例化支持，核心功能开关
            #pragma multi_compile_instancing

            // 引入Unity内置CG函数库，包含空间转换、雾效等核心函数
            #include "UnityCG.cginc"

            // ==================== GPU实例化属性缓冲区 ====================
            // 定义实例化参数组，每个物体实例可独立修改以下参数
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(MrTao)
                // 实例化颜色：每个实例独立的颜色参数
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _Color)
                // 实例化位置：每个实例独立的位置偏移参数
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _Pos)
                // 实例化偏移索引：用于区分不同实例的序号参数
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(int, _OffsetIndex)
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(MrTao)

            // ==================== 顶点着色器输入结构体 ====================
            // 接收网格数据：顶点位置、UV、实例ID
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;   // 模型空间顶点坐标
                float2 uv : TEXCOORD0;      // 模型第一套纹理坐标
                UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID // 内置宏：存储GPU实例ID（无分号）
            };

            // ==================== 顶点着色器输出结构体 ====================
            // 传递数据给片元着色器：UV、雾效、裁剪空间坐标、实例ID
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;      // 传递给片元的纹理坐标
                UNITY_FOG_COORDS(1)         // 内置宏：存储雾效计算数据（无分号！）
                float4 vertex : SV_POSITION;// 裁剪空间顶点坐标（屏幕坐标）
                UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID // 传递实例ID到片元着色器（无分号）
            };

            // 主纹理采样器：用于采样纹理颜色
            sampler2D _MainTex;
            // 主纹理缩放偏移：Unity自动生成，适配纹理Tiling/Offset属性
            float4 _MainTex_ST;

            
            // ==================== 顶点着色器 ====================
            // 功能：处理顶点空间转换、实例化数据传递、纹理坐标计算
            v2f vert(appdata appdata)
            {
                // 定义输出结构体变量
                v2f v2f;

                // 初始化实例ID：必须在访问实例化属性前调用
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(appdata);
                // 传递实例ID：将顶点输入的实例ID复制到输出结构体
                UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(appdata, v2f);

                // 获取当前物体实例的自定义颜色属性
                float4 color = UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(MrTao, _Color);

                // 空间转换：将模型空间顶点转换为屏幕裁剪空间坐标
                v2f.vertex = UnityObjectToClipPos(appdata.vertex);
                // 纹理坐标计算：应用纹理的缩放和偏移
                v2f.uv = TRANSFORM_TEX(appdata.uv, _MainTex);
                // 雾效数据计算：传递顶点雾效参数
                UNITY_TRANSFER_FOG(v2f, v2f.vertex);

                // 将处理完成的数据传递给片元着色器
                return v2f;
            }

            // ==================== 片元着色器 ====================
            // 功能：采样纹理、应用雾效、输出最终像素颜色
            fixed4 frag(v2f v2f) : SV_Target
            {
                // 初始化实例ID：片元着色器中使用实例属性的必备步骤
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v2f);

                // 纹理采样：根据UV坐标获取主纹理的颜色
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, v2f.uv);
                // 雾效应用：根据雾效数据混合最终颜色
                UNITY_APPLY_FOG(v2f.fogCoord, col);

                // 输出最终渲染颜色
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

属性块中增加 VAT 纹理属性

Shader "Unlit/VATShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        // 顶点动画纹理（Vertex Animation Texture）：存储每帧顶点位置数据
        _VAT_Tex ("VAT_Tex", 2D) = "white" {}
    }
}

Pass 内生成VAT 采样、纹素与实例化缓冲区

Pass 里声明 VAT 与顶点相关 uniform，并把实例化缓冲改成 VAT 动画用的字段（帧率、偏移、起始像素、总帧数）。

Shader "Unlit/VATShader"
{
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma multi_compile_instancing
            #include "UnityCG.cginc"

            // 主纹理
            sampler2D _MainTex;
            // 主纹理缩放与偏移参数（xy: Tiling, zw: Offset）
            float4 _MainTex_ST;

            // 顶点动画纹理（VAT）
            sampler2D _VAT_Tex;
            // VAT纹理纹素尺寸（xy: 1/尺寸, zw: 实际尺寸）
            float4 _VAT_Tex_TexelSize;

            uint _VertexCount; // 模型顶点总数
            int _VertexMax; // 顶点坐标最大值（用于解压缩）
            int _VertexMin; // 顶点坐标最小值（用于解压缩）

            // 定义实例化属性缓冲区（组名：VAT）
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(VAT)
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(uint, _FrameRate) // 动画帧率
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(uint, _OffsetIndex) // 帧偏移索引
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(uint, _PixelIndex) // VAT纹理中该动画的起始像素位置
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(uint, _FrameCount) // 动画总帧数
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(VAT)

            //... struct appdata / v2f、vert、frag 见文末完整文件
            ENDCG
        }
    }
}

分析进行顶点位置的相关处理，需要得到相关数据

  1. 当前动画的起始索引位置 = pixelIndex

  2. 计算当前动画帧（带偏移）

    • 将时间转换为帧索引，使用取余实现循环播放
    • 公式：(_Time.y * frameRate + offsetIndex) % frameCount

  3. 计算当前帧的索引起始位置

    • 公式：帧数 * _VertexCount

  4. 计算最终顶点索引

    • 公式：当前帧的索引起始位置 + vid

计算顶点在 VAT 纹理中的索引位置

// ====================== 计算VAT纹理索引 ======================
// 思路：将"时间"转换为"纹理坐标"，找到当前顶点在VAT中的位置
// 完整公式：index = 动画起始位置 + 当前帧偏移 + 当前顶点ID
float index = pixelIndex + // [变量] pixelIndex: 该动画在VAT纹理中的起始像素位置
    floor(fmod(_Time.y * frameRate + offsetIndex, frameCount)) * _VertexCount +
    // [变量] _Time.y:时间(秒), frameRate:帧率, offsetIndex:帧偏移, frameCount:总帧数, _VertexCount:顶点总数
    vid; // [变量] vid: 当前顶点ID（系统内置，代表这是第几个顶点）

计算坐标，把 1D 索引转成 2D 纹理坐标

// 假设纹理尺寸为 2048x2048
// [变量] _VAT_Tex_TexelSize.zw = (2048, 2048) - 纹理的实际尺寸
// [变量] _VAT_Tex_TexelSize.xy = (1/2048, 1/2048) - 纹素大小，用于归一化

float x = fmod(index, _VAT_Tex_TexelSize.z); // X坐标 = 索引 对 2048 取余（得到0-2047之间的值）
x = x * _VAT_Tex_TexelSize.x; // 归一化：将[0,2047]范围转换到[0,1]，即 x / 2048

float y = index * _VAT_Tex_TexelSize.x; // Y坐标 = 索引 除以 2048（整数除法，得到行号）
y = y * _VAT_Tex_TexelSize.y; // 归一化：将[0,2047]范围转换到[0,1]，即 y / 2048

// 组合成最终的UV采样坐标
float2 uv = float2(x, y);

采样与解压缩，得到纹理中存储的位置，基于最大最小值，得到正常的顶点返回，并且覆盖掉模型穿过来的顶点

// ====================== 采样与解压缩 ======================
// 从VAT纹理中读取顶点位置（使用tex2Dlod避免mipmap模糊）
float3 vertexPos = tex2Dlod(_VAT_Tex, float4(uv, 0, 0));

// [变量] _VertexMax/_VertexMin: 顶点坐标的最大/最小值
// 解压缩：将[0,1]范围的存储值映射回原始的世界坐标范围
vertexPos = vertexPos * (_VertexMax - _VertexMin) + _VertexMin;

// 用VAT计算出的新位置覆盖原始顶点位置
appdata.vertex = float4(vertexPos, appdata.vertex.w);

将顶点从模型空间转换到裁剪空间，传递主纹理的UV坐标

// ====================== 标准输出 ======================
// 将顶点从模型空间转换到裁剪空间（Unity内置函数）
v2f.vertex = UnityObjectToClipPos(appdata.vertex);
// 传递主纹理的UV坐标（应用Tiling和Offset）
v2f.uv = TRANSFORM_TEX(appdata.uv, _MainTex);

14.2 知识点代码

VATShader.shader

Shader "Unlit/VATShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        //VAT纹理属性
        _VAT_Tex ("VAT_Tex", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags
        {
            "RenderType"="Opaque"
        }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            //添加的代码
            #pragma multi_compile_instancing

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                //添加的代码
                UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
                //添加的代码
                UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID //只要你要访问片元着色器中的实例化属性时才添加
            };

            // 主纹理
            sampler2D _MainTex;
            // 主纹理缩放与偏移参数（xy: Tiling, zw: Offset）
            float4 _MainTex_ST;
            // VAT纹理
            sampler2D _VAT_Tex;
            // VAT纹理纹素尺寸：xy是纹理的尺寸分之一 zw是纹理的尺寸
            float4 _VAT_Tex_TexelSize;

            uint _VertexCount; // 顶点数
            int _VertexMax; //顶点最大值
            int _VertexMin; //顶点最小值

            //开始定义一个实例缓冲区，名字叫 Props（这是你自己起的组名）
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(VAT)
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(int, _FrameRate) //帧率
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(int, _OffsetIndex) //顶点偏移
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(int, _PixelIndex) //像素索引起始位置
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(int, _FrameCount) //当前动画总帧数
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(VAT) //结束定义

            v2f vert(appdata appdata, uint vid:SV_VertexID)
            {
                v2f v2f;
                //添加的代码
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(appdata);
                UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(appdata, v2f);

                //帧率
                int frameRate = UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(VAT, _FrameRate);
                //索引偏移
                int offsetIndex = UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(VAT, _OffsetIndex);
                //索引起始
                int pixelIndex = UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(VAT, _PixelIndex);
                //总帧数
                int frameCount = UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(VAT, _FrameCount);

                //进行顶点位置的相关处理
                //1.当前动画的起始索引位置 = pixelIndex
                //2.当前动画播放到哪一帧了(偏移位置)
                //  把当前时间转换成帧 0~n秒的时间 取余
                //  (_Time.y * frameRate + offsetIndex)%frameCount = 当前动画的帧数 
                //3.用帧数*顶点数 得到当前帧的索引起始位置
                //  帧数 * _VertexCount = 当前帧的索引起始位置
                //4.当前是该帧动画中的第几个顶点
                //  当前帧的索引起始位置 + vid = 最终顶点索引
                
                
                // ====================== 计算VAT纹理索引 ======================
                // 思路：将"时间"转换为"纹理坐标"，找到当前顶点在VAT中的位置
                // 完整公式：index = 动画起始位置 + 当前帧偏移 + 当前顶点ID
                float index = pixelIndex + // [变量] pixelIndex: 该动画在VAT纹理中的起始像素位置
                    floor(fmod(_Time.y * frameRate + offsetIndex, frameCount)) * _VertexCount +
                    // [变量] _Time.y:时间(秒), frameRate:帧率, offsetIndex:帧偏移, frameCount:总帧数, _VertexCount:顶点总数
                    vid; // [变量] vid: 当前顶点ID（系统内置，代表这是第几个顶点）

                // ====================== 1D索引转2D纹理坐标 ======================
                // 假设纹理尺寸为 2048x2048
                // [变量] _VAT_Tex_TexelSize.zw = (2048, 2048) - 纹理的实际尺寸
                // [变量] _VAT_Tex_TexelSize.xy = (1/2048, 1/2048) - 纹素大小，用于归一化

                float x = fmod(index, _VAT_Tex_TexelSize.z); // X坐标 = 索引 对 2048 取余（得到0-2047之间的值）
                x = x * _VAT_Tex_TexelSize.x; // 归一化：将[0,2047]范围转换到[0,1]，即 x / 2048

                float y = index * _VAT_Tex_TexelSize.x; // Y坐标 = 索引 除以 2048（整数除法，得到行号）
                y = y * _VAT_Tex_TexelSize.y; // 归一化：将[0,2047]范围转换到[0,1]，即 y / 2048

                // 组合成最终的UV采样坐标
                float2 uv = float2(x, y);

                // ====================== 采样与解压缩 ======================
                // 从VAT纹理中读取顶点位置（使用tex2Dlod避免mipmap模糊）
                float3 vertexPos = tex2Dlod(_VAT_Tex, float4(uv, 0, 0));

                // [变量] _VertexMax/_VertexMin: 顶点坐标的最大/最小值
                // 解压缩：将[0,1]范围的存储值映射回原始的世界坐标范围
                vertexPos = vertexPos * (_VertexMax - _VertexMin) + _VertexMin;

                // 用VAT计算出的新位置覆盖原始顶点位置
                appdata.vertex = float4(vertexPos, appdata.vertex.w);

                // ====================== 标准输出 ======================
                // 将顶点从模型空间转换到裁剪空间（Unity内置函数）
                v2f.vertex = UnityObjectToClipPos(appdata.vertex);
                // 传递主纹理的UV坐标（应用Tiling和Offset）
                v2f.uv = TRANSFORM_TEX(appdata.uv, _MainTex);
                
                
                return v2f;
            }

            fixed4 frag(v2f v2f) : SV_Target
            {
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v2f);

                // sample the texture
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, v2f.uv);
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
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