URP渲染管线下的顶点、片元着色器详解

# 1. 介绍

## 1.1 渲染管线概述

渲染管线（Rendering Pipeline）是指在计算机图形学中用于将三维场景数据转换为二维图像的过程。它由多个阶段组成，每个阶段负责不同的任务，如几何处理、光照计算和最终图像合成等。

## 1.2 URP渲染管线简介

Universal Render Pipeline（URP）是Unity引擎提供的一种高度可配置、适用于多平台的渲染管线。它旨在提供现代渲染效果，并且适用于移动设备和性能较低的硬件。

## 1.3 顶点和片元着色器的作用

顶点着色器负责处理每个顶点的位置、法线和纹理坐标等数据，以及将顶点数据转换为屏幕空间。

片元着色器则负责计算每个像素的最终颜色，包括光照、纹理采样和透明度等效果。

在接下来的章节中，我们将重点介绍URP渲染管线下顶点和片元着色器的相关知识和技术应用。

# 2. 顶点着色器

顶点着色器是渲染管线中的一个重要组成部分，负责对模型的顶点进行处理和变换。它的主要功能是将模型的物理坐标转换为屏幕空间的坐标，并进行其他一些可编程的操作，如顶点的颜色插值、法线变换等。

### 2.1 顶点着色器的定义和输入参数

顶点着色器是使用着色器语言编写的程序，它接收模型中的顶点数据作为输入，并通过一系列的变换和操作，输出经过变换后的顶点数据。在编写顶点着色器时，我们需要定义输入参数，这些参数包括顶点的位置、法线、纹理坐标等。

以下是一个简单的顶点着色器示例：

attribute vec3 position;
attribute vec3 normal;
attribute vec2 texcoord;

uniform mat4 modelMatrix;
uniform mat4 viewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;

varying vec3 vNormal;
varying vec2 vTexcoord;

void main() {
    vec4 worldPosition = modelMatrix * vec4(position, 1.0);
    vec4 viewPosition = viewMatrix * worldPosition;

    gl_Position = projectionMatrix * viewPosition;
    vNormal = mat3(modelMatrix) * normal;
    vTexcoord = texcoord;
}

在这个例子中，我们定义了三个输入参数：`position`表示顶点的位置，`normal`表示顶点的法线，`texcoord`表示顶点的纹理坐标。另外，还定义了三个 uniform 变量：`modelMatrix`表示模型的变换矩阵，`viewMatrix`表示相机的视图矩阵，`projectionMatrix`表示投影矩阵。最后，我们通过顶点着色器的输出变量将顶点的法线和纹理坐标传递给片元着色器。

### 2.2 顶点着色器的主要功能

顶点着色器的主要功能包括顶点位置的变换、法线的变换、纹理坐标的插值等。顶点位置的变换通常是将模型的物理坐标转换为世界坐标或屏幕空间的坐标，这通常涉及模型的位移、旋转和缩放等操作。法线的变换是为了在光照计算中获取正确的法线方向，通常是将法线向量乘以模型的法线矩阵。纹理坐标的插值是为了在纹理贴图中获取正确的纹理坐标，通常是通过线性插值的方式在三角形的顶点之间进行插值。

### 2.3 顶点着色器的常见应用场景

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