UE4学习笔记 使用插件添加一个ShadingModel

       此文章借鉴了以下三篇文章，在此对分享者表示感谢。源码

       1. [UE4]插件添加ShadingModel

       2. Ue4 使用MaterialCustomOutput自定义ShadingModel

       3. UE4（虚幻）学习笔记--虚幻4.自定义shadermodel

       在学习UE4渲染管线过程中，屏幕发现添加ShadingModel时，源码通常需要修改源码版引擎的屏幕源码。本文介绍一种无需修改引擎源码的源码网站公司展示源码方式，添加自定义ShadingModel，屏幕并定制延迟渲染的源码光照计算。

       第一篇文章已详细介绍了修改思路，屏幕本文重点记录插件创建与添加模块的源码步骤。

       以4..2版本为例，屏幕首先新建一个插件，源码模板选择Blank。屏幕新建完成后，源码打开plugins所在位置，屏幕进入source文件夹。

       将ToonShader文件夹复制一份，改名为ToonShaderBootstarp，并将ToonShaderBootstarp文件夹中的ToonShader全部改成ToonShaderBootstarp（包括文件名与其中变量名）。

       注意：在ToonShaderBootstrap.Build.cs文件中，需要在PrivateDependencyModuleNames.AddRange中加入"Projects","DeveloperSettings"，否则在之后的修改和编译中会产生错误。

       之后在插件根目录中的ToonShader.uplugin中添加该模块，然后重新生成sln，该模块就添加完成了。

       编译成功后，将ToonShader.uplugin中ToonShaderBootstarp模块的Type改为"UncookedOnly"，LoadingPhase改为"EarliestPossible"，否则会报关联不上插件源码的错误。

       编译成功后，进入引擎，新建C++ Class，选择MaterialExpressionCustomOutput类，再新建一个Class，选择developerSettings类。

       接下来修改ToonShaderOutput.h与ToonShaderOutput.cpp，编译通过后，继续修改ToonShaderBootstarp.cpp。

       修改ToonShaderBootstrapSettings.h，增加插件的启动和关闭参数，然后修改配置文件的方法和正常修改源码添加ShadingModel的方法相似。

       插件成功加载后，可以在Material里面看见ToonShader节点。源码录手机app视频

       自定义ShadingModel添加完成。

       总结：

       1. ToonShader模块实现了UMaterialExpressionCustomOutput的子类，为运行时模块。

       2. ToonShaderBootstrap模块在引擎启动Shader编译前加载，用以向虚幻引擎Shader文件夹中替换默认Shader文件。

       ShadersOverride文件夹下存放了shader文件，Default文件用来恢复，Override用来做替换，新增的Shader文件都需要存放在Toon目录下。

       本文记录了在UE4中踩的坑，希望对大家有所帮助。

ShaderToy系列：零

       ShaderToy是一个展示创意和效果的平台，其中的作品通常基于片断着色器，形式丰富、风格独特。这些作品的源代码公开，为学习者提供了直接研究和借鉴的机会。本系列文章旨在将ShaderToy上的效果移植到Unity环境中，通过这一过程深入理解Shader思维与代码编写技巧。

       为了在Unity中展示ShaderToy效果，我们将采用后处理技术，利用`OnRenderImage`方法。这个内置方法在所有渲染步骤完成后执行，常用于实现屏幕后处理特效。`OnRenderImage`方法接收两个`RenderTexture`参数，分别表示当前帧渲染的图像和最终渲染处理后的图像。通过`Graphs.Blit`函数处理当前画面，结合特定的Shader进行渲染，最终将结果呈现于屏幕上。

       在本系列中，我们不关心当前帧的原始渲染面片，仅关注将Shader效果展示到屏幕上。这意味着在`Graphs.Blit`中，源可以指定为`null`。移植过程涉及编写Shader代码，以实现特定效果。以ShaderToy中的默认背景效果为例，这是一个基础的顶点片断着色器，通过简单的计算实现目标效果。

       片断着色器中的核心语句返回的是一个四维向量，对应为`finalCol`，其值最终设定为`float4(col,淘宝单页源码设置1.0)`，表示颜色RGB的值为`col`，Alpha值为1。这表明片段最终返回的是`col`的值。进一步分析`col`的构成，可以发现其是一个三维向量，通过将其分解为R通道进行观察，便于理解其表现效果。最终，三个通道的组合实现了初始效果。

       在解读他人Shader代码时，建议从下向上进行，这样有助于理解实现方法。关注代码逻辑和结构，理解其如何协同工作实现特定效果。通过详细分析，我们可以学习并掌握Shader中的各种操作和技巧，如颜色操作、纹理映射、光照计算等。

       本系列文章侧重于通过ShaderToy实例分析学习Shader语法和技巧，对于GLSL编程细节不做过多讨论，而是关注于其在Unity环境中的操作表现和应用。对于在编写过程中遇到的疑问，初学者可以参考提供的源文件或加入QQ交流群获取帮助。欢迎关注公众号“Unity技术美术”获取更多技术干货。

像素着色器（Pixel Shader）是什么 是硬件还是软件

       什么是像素着色器？

       1 像素着色器也是一组指令，这组指令在顶点中像素被渲染时执行。在每个执行时间，都会有很多像素被渲染。（像素的数目依靠屏幕的分辨率决定）

       2像素着色器的指令和顶点着色器的指令非常接近。像素着色器不能像顶点着色器那样，单独存在。他们在运行的时候，必须有一个顶点着色器被激活。

       为什么大家要使用像素着色器？

       1 像素着色器过去是一种高级图形技术，专门用来提高渲染速度。

       2 和顶点着色器一样，使用像素着色器，程序员能自定义渲染每个像素。

       像素着色器如何运作？

       一个像素着色器操作顶点上单独的像素。和顶点着色器一样，像素着色器源代码也是动漫类小程序源码通过一些API加载到硬件的。

Re：从零开始的UE渲染学习-4Shader与材质

       通过前面的学习，我们知道在UE中渲染网格时需要指定一个shader。本文将深入讲解UE的Shader、材质系统以及它们之间的关联。所涉及的源码版本为UE5.3，所有配图已上传至Github，便于查看高清图。

       顶点工厂的作用在于处理模型网格上的顶点信息，如位置、法线、UV等，UE通过顶点工厂使shader能够直接获取所需顶点数据，这简化了自定义网格信息的解释工作。

       Shader是控制渲染物体在屏幕上的关键，通常需要指定VertexShader和PixelShader。在编写shader时，需要遵循特定的编程语言和标准，例如DirectX使用HLSL，OpenGL使用GLSL。UE通过一套规范来管理shader体系，最后将shader编译到支持的平台上。

       Shader类是shader文件与实际渲染系统之间的桥梁。UE中有三种主要的shader类，分别针对材质编辑器的使用情况和顶点工厂类型。Shader实现主要依赖RDG提供的宏和函数，如声明宏、用于对着色器参数表达的宏等，以及为着色器类型声明必要的数据和函数的宏，实现将shader文件与shader类绑定。

       材质系统是UE中用于定义物体属性的界面，包括质感、颜色、透明度等。shader提供材质属性的计算方式，而材质则通过指定shader来实现这些计算。UE的材质编辑器允许用户通过直观的操作设置材质属性，这些属性最终被转化为HLSL函数，由shader调用以计算光照效果。

       在渲染过程中，材质、shader和顶点工厂紧密关联，形成渲染流程。视酷源码招聘流程UE会根据材质所使用的shader类型和顶点工厂类型编译出特定的组合结果，存储在材质的ShaderMap中。当使用BuildMeshDrawCommands()时，传入的shader是针对特定pass的完整shader。

       材质类涉及游戏线程、代理和渲染线程相关的类，与材质蓝图的关联主要体现在UMaterialGraph上，它用于存储和管理材质节点和参数。UMaterialExpression管理节点的表达式，包括节点输入、名称和编译逻辑。拓展材质节点通常需要继承UMaterialExpression并实现相关函数，尤其是Compile()函数，直接决定节点如何被编译。

       在进行材质编译时，UE首先翻译材质蓝图到HLSL代码，然后根据不同的组合进行编译，并存储到ShaderMap中。编译过程涉及环境设置，这影响宏的使用，进而影响shader效果。在将材质蓝图翻译到HLSL时，UE使用不同的翻译帮助函数，如FHLSLMaterialTranslator。

       总的来说，Shader与材质是UE中不可或缺的部分，它们共同决定了物体如何在屏幕上呈现。本文介绍了UE中Shader和材质的基本概念、关联方式以及编译流程，同时也简要提及了自定义Shader和拓展材质节点的方法。

unity urp源码学习一（渲染流程）

       sprt的一些基础:

       绘制出物体的关键代码涉及设置shader标签（例如"LightMode" = "CustomLit"），以确保管线能够获取正确的shader并绘制物体。排序设置（sortingSettings）管理渲染顺序，如不透明物体从前至后排序，透明物体从后至前，以减少过绘制。逐物体数据的启用、动态合批和gpuinstance支持，以及主光源索引等配置均在此进行调整。

       过滤规则（filteringSettings）允许选择性绘制cullingResults中的几何体，依据RenderQueue和LayerMask等条件进行过滤。

       提交渲染命令是关键步骤，无论使用context还是commandbuffer，调用完毕后必须执行提交操作。例如，context.DrawRenderers()用于绘制场景中的网格体，本质上是执行commandbuffer以渲染网格体。

       sprt管线的基本流程涉及context的命令贯穿整个渲染流程。例如，首次调用渲染不透明物体，随后可能调用渲染半透明物体、天空盒、特定层渲染等。流程大致如下：

       多相机情况也通过单个context实现渲染。

       urp渲染流程概览:

       渲染流程始于遍历相机，如果是游戏相机，则调用RenderCameraStack函数。此函数区分base相机和Overlay相机：base相机遍历渲染自身及其挂载的Overlay相机，并将Overlay内容覆盖到base相机上；Overlay相机仅返回，不进行渲染操作。

       RenderCameraStack函数接受CameraData参数，其中包含各种pass信息。添加pass到m_ActiveRenderPassQueue队列是关键步骤，各种pass类实例由此添加至队列。

       以DrawObjectsPass为例，其渲染流程在UniversialRenderer.cs中实现。首先在Setup函数中将pass添加到队列，执行时，执行队列内的pass，并按顺序提交渲染操作。

UGUI源码阅读之Mask

       Mask主要基于模版测试来进行裁剪，因此先来了解一下unity中的模版测试。

       Unity Shader中的模版测试配置代码大致如上

       模版测试的伪代码大概如上

       传统的渲染管线中，模版测试和深度测试一般发生在片元着色器（Fragment Shader）之后，但是现在又出现了Early Fragment Test，可以在片元着色器之前进行。

       Mask直接继承了UIBehaviour类，同时继承了ICanvasRaycastFilter和IMaterialModifier接口。

       Mask主要通过GetModifiedMaterial修改graphic的Material。大致流程：

       1.获取当前Mask的层stencilDepth

       2.StencilMaterial.Add修改baseMaterial的模板测试相关配置，并将其缓存

       3.StencilMaterial.Add设置一个unmaskMaterial，用于最后将模板值还原

       MaskableGraphic通过MaskUtilities.GetStencilDepth计算父节点的Mask层数，然后StencilMaterial.Add修改模板测试的配置。

       通过Frame Debugger看看具体每个batch都做了什么。先看第一个，是Mask1的m_MaskMaterial，关注Stencil相关的数值，白色圆内的stencil buffer的值设置为1

       这个是Mask2的m_MaskMaterial，根据stencil的计算公式，Ref & ReadMask=1，Comp=Equal，只有stencil buffer & ReadMask=1的像素可以通过模板测试，即第一个白色圆内的像素，然后Pass=Replace，会将通过的像素写入模板值（Ref & WriteMask=3），即两圆相交部分模板值为3

       这个是RawImage的Material，只有模板值等于3的像素可以通过模板测试，所以只有两个圆相交的部分可以写入buffer，其他部分舍弃，通过或者失败都不改变模板值

       这是Mask2的unmaskMaterial，将两个圆相交部分的模板值设置为1，也就是还原Mask2之前的stencil buffer

       这是Mask1的unmaskMaterial，将第一个圆内的模板值设置为0，还有成最初的stencil buffer

       可以看到Mask会产生比较严重的overdraw。

       2.drawcall和合批

       每添加一个mask，一般会增加2个drawcall（加上mask会阻断mask外和mask内的合批造成的额外drawcall），一个用于设置遮罩用的stencil buffer，一个用于还原stencil buffer。

       如图，同一个Mask下放置两个使用相同的RawImage，通过Profiler可以看到两个RawImage可以进行合批

       如图，两个RawImage使用相同的，它们处于不同的Mask之下，但是只要m_StencilValue相等，两个RawImage还是可以进行合批。同时可以看到Mask1和Mask1 (1)，Mask2和Mask2 (1)也进行了合批，说明stencilDepth相等的Mask符合合批规则也可以进行合批。

       StencilMaterial.Add会将修改后的材质球缓存在m_List中，因此调用StencilMaterial.Add在相同参数情况下将获得同一个材质球。

Shader内实现四叉树压缩贴图

       四叉树在Shader中实现压缩贴图的效率和效果令人印象深刻。通过使用x像素（实际可压缩）的RGBAFLOAT格式，可以实现高质量的静态阴影，即使是大型场景或需要极高精度的场景，也能显著减少对实时shadowmap的频繁绘制调用，节省资源。

       尽管实际项目中通常采用八叉树进行体积阴影，但理解四叉树的实现方式有助于建立清晰的思路。开始时，作者从二叉树扩展到四叉树，但尝试过程中遇到了代码合并的困难，导致数据冗余。经过调整，作者采用均匀四叉树结构，其中每个节点包含x、z坐标、区域大小、子节点信息和flag状态，以表示阴影区域。

       关键部分在于节点的创建和插入函数，确保节点是完满四叉树，以便通过偏移计算子节点索引。当节点大小减小到1时，表示达到最小细化级别，flag设置为1。绘制函数则递归地在阴影内绘制红色，外部绘制绿色，避免重复绘制。在合并节点时，通过检查子节点的flag值，可以有效减少重复数据。

       Shader部分的解析相对简单，通过两个pass绘制屏幕阴影和主相机混合。在写入图形时，根据世界坐标和节点位置，使用flag来判断并确定查找的下一层节点。源码的详细部分在最后部分提供。

Cocos Creator 3.x 开发2D水面波纹Shader

       使用 cocos Creator 3.8 开发 2D 水面波纹 Shader 的过程和相关技术点总结如下：

       2D 波浪基本原理：给定正选波边界，范围内的片元 uv 显示，范围外的片元 uv 不显示。利用正弦波表达式：y = A * sin(w * t + offset)。将片元的 uv 坐标 uv.x 带入公式计算 y0 值。Cocos 的 uv 左上角为 (0, 0)，在上方做水波纹，片元的 uv.y y0 的片元丢弃，uv.y >= y0 的片元正常显示。

       实现动态水波：不断改变相同位置的 offset，得到不同的 y0 值，决定不同片元的显示和丢弃，使水波动起来。

       编写 Shader 步骤：

       第步：新建标准 2D Shader 模板，正常显示。复制 buildin-sprite Shader 模板，创建材质并设置到 Sprite 组件上。

       第步：定义控制参数：baseLine、振幅 A、角速度 wSpeed。

       第步：修改 Fragment 着色代码，实现基准线功能。基准线以上的片元丢弃，基准线以下的片元保留。

       第步：将基准线加上正弦波处理，offset 为 uv.x，值为 A * sin(offset)，将 baseLine 转换为正弦波分界线。

       第步：让正弦波动起来。在 sin 表达式中加上 w*t，其中 cc_time.x 为从启动后到现在的累计时间，随时间变化，value = A * sin(uv.x * .0 + wSpeed * cc_time.x)，实现波形周期变化。

       完整 Shader 代码：在 cocos Creator 3.8.0 中编写。

       欲获取项目工程源码和更多教学视频，请关注我们。

笔记UE5 Shader 调试工具 - Microsoft PIX

       为了有效地调试使用DX的着色器，开发者通常需要一个高效且可靠的工具，微软的PIX调试工具就是这样一个理想的选择。与RenderDoc相比，PIX能够提供更全面、准确的调试信息，具体包括：

       - 强大的性能分析和回放功能

       - 显示着色器符号，方便调试源代码

       - 精确的渲染时间duration值

       在开始之前，需要确保你的渲染引擎使用的是DX RHI（渲染硬件接口），这是成功使用PIX的基础。为了避免插件冲突导致的崩溃，必须先禁用RenderDoc插件，确保PIX插件被正确配置。

       在配置文件ConsoleVariables.ini中，调整Shader编译相关设置，为接入PIX打下良好的基础。

       按下PrintScreen或F键进行截帧操作，观察系统提示完成截图。在不同系统下，可能需要调整快捷键以避免与系统功能冲突。

       利用PIX附着到Unreal的进程，同时开启Analysis模式，确保进行开发者模式设置，以获取详尽的调试信息。

       在打开的游戏或编辑器中，截帧后进行分析，选择需要调试的DrawCall和具体Shader资源，以深入了解渲染管线的工作过程。深色主题的视觉体验虽然酷炫，但在读取代码时可能不够清晰，因此，调整主题到更利于阅读的白底配色。

       记得检查在编译设置中已启用Shader符号信息，以获取额外的调试支持。当启用Shader符号信息时，确保编译选项中不包含某些不必要的优化标志。

       Pix目前不支持调试DX或Vulkan，但这并不意味着它不是一个强大的调试工具，其在DX上的功能强大且实用。

       最后，深入理解和应用DirectX 管道中的关键概念，如Pipeline State、Root Signature、Input Assembler、Vertex Shader和Pixel Shader以及Output Merger，对优化和调试有着重要影响。它们共同构成了渲染流程的核心，理解它们将帮助你在开发过程中更加得心应手。

       要深入使用这些知识和工具，参考微软官方文档和教程，比如微软的GPU捕获、Pix下载指南、如何将开发者设备配置为启用Pix、如何职业游戏开发者使用Pix提高在Xbox和Windows上的游戏质量等相关文章。

       这便是PIX为DirectX 着色器调试提供的全面支持和深究其功能以优化性能的过程概览，希望对你的开发旅程有所帮助。