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Spatial-Shader¶

Spatial-Shader werden zum Schattieren von 3D-Objekten verwendet, Sie sind die komplexesten, die Godot bietet. Spatial-Shader sind mit verschiedenen Rendermodi und verschiedenen Rendering-Optionen (z.B. Subsurface Scattering, Transmission, Ambient Occlusion, Randbeleuchtung usw.) hochgradig konfigurierbar. Benutzer können optional Vertex-, Fragment- und Lichtprozessorfunktionen schreiben, um zu beeinflussen, wie Objekte gezeichnet werden.

Render-Modi¶

Rendermodus	Beschreibung
blend_mix	Mix-Blending-Modus (Alpha ist Transparenz), Default.
blend_add	Additiver Blending-Modus.
blend_sub	Subtraktiver Blending-Modus.
blend_mul	Multiplikativer Blending-Modus.
depth_draw_opaque	Tiefe nur für undurchsichtige Geometrie (nicht transparent) zeichnen.
depth_draw_always	Tiefe immer zeichnen (undurchsichtig und transparent).
depth_draw_never	Tiefe niemals zeichnen.
depth_prepass_alpha	Für transparente Geometrie einen undurchsichtig-Tiefenvorlauf ausführen.
depth_test_disabled	Tiefenprüfung Deaktivieren.
sss_mode_skin	Subsurface Scattering-Modus für Haut.
cull_back	Backface-Culling durchführen (Default).
cull_front	Frontface-Culling durchführen.
cull_disabled	Culling deaktiviert (beidseitig).
unshaded	Das Ergebnis ist einfaches Albedo. Kein Licht/Schatten auf diesem Material.
wireframe	Geometrie mit Linien zeichnen.
diffuse_burley	Burley (Disney PBS) für diffuses Licht (Default).
diffuse_lambert	Lambert-Schattierung für diffuses Licht.
diffuse_lambert_wrap	Lambert-Wrapping (rauheitsabhängig) für diffuses Licht.
diffuse_toon	Toon-Shading für diffuses Licht.
specular_schlick_ggx	Schlick-GGX für Specular (Standard).
specular_toon	Toon für Specular.
specular_disabled	Specular deaktiviert.
skip_vertex_transform	VERTEX/NORMAL/etc. müssen manuell in Vertexfunktion transformiert werden.
world_vertex_coords	VERTEX/NORMAL/etc. werden in Weltkoordinaten statt in lokalen Koordinaten geändert.
ensure_correct_normals	Wird verwendet, wenn eine uneinheitliche Skalierung auf das Mesh angewendet wird.
shadows_disabled	Schattenberechnung im Shader ausschalten.
ambient_light_disabled	Deaktivieren des Beitrags von Umgebungslicht und der Radiance Map.
shadow_to_opacity	Durch die Beleuchtung wird das Alpha so geändert, dass schattierte Bereiche undurchsichtig und nicht schattierte Bereiche transparent sind. Nützlich zum Überlagern von Schatten auf einen Kamera-Feed in AR.
vertex_lighting	Verwenden einer vertex-basierten Beleuchtung.
particle_trails	Aktiviert die Trails, wenn sie auf Partikelgeometrien verwendet werden.
alpha_to_coverage	Alpha-Antialiasing-Modus, siehe hier für mehr.
alpha_to_coverage_and_one	Alpha-Antialiasing-Modus, siehe hier für mehr.
fog_disabled	Deaktivieren des Empfangs von tiefenbasierten oder volumetrischen Nebeln. Nützlich für blend_add-Materialien wie Partikel.

Built-ins¶

Mit "in" gekennzeichnete Werte sind schreibgeschützt. Mit "out" gekennzeichnete Werte dienen zum optionalen Schreiben und enthalten nicht unbedingt sinnvolle Werte. Als "inout" gekennzeichnete Werte stellen einen sinnvollen Default-Wert dar und können optional beschrieben werden. Sampler sind nicht Gegenstand des Schreibens und werden nicht markiert.

Globale Built-ins¶

Globale Built-ins sind überall verfügbar, einschließlich benutzerdefinierter Funktionen.

Built-in	Beschreibung
in float TIME	Globale Zeit in Sekunden.
in float PI	Eine `PI`-Konstante (`3,141592`). Das Verhältnis des Kreisumfangs zu seinem Durchmesser und die Anzahl der Bogenmaßeinheiten in einer halben Umdrehung.
in float TAU	Eine `TAU`-Konstante (`6.283185`). Ein Äquivalent von `PI * 2` und die Anzahl der Bogenmaßeinheiten in einer vollen Umdrehung.
in float E	Eine `E`-Konstante (`2,718281`). Eulersche Zahl und eine Basis des natürlichen Logarithmus.

Vertex-Built-ins¶

Vertexdaten (VERTEX, NORMAL, TANGENT, BITANGENT) werden im lokalen Model-Space dargestellt. Wenn sie nicht beschrieben werden, werden diese Werte nicht verändert und werden so weitergegeben, wie sie gekommen sind.

Sie können optional im World-Space im Render-Modus world_vertex_coords dargestellt werden.

Benutzer können die Built-in-Modellansichtstransformation deaktivieren (die Projektion wird später immer noch durchgeführt) und sie mit dem folgenden Code manuell durchführen:

shader_type spatial;
render_mode skip_vertex_transform;

void vertex() {
    VERTEX = (MODELVIEW_MATRIX * vec4(VERTEX, 1.0)).xyz;
    NORMAL = normalize((MODELVIEW_MATRIX * vec4(NORMAL, 0.0)).xyz);
    // same as above for binormal and tangent, if normal mapping is used
}

Andere Built-Ins, wie UV, UV2 und COLOR, werden ebenfalls an die Fragment-Funktion weitergegeben, wenn sie nicht geändert werden.

Benutzer können die Modellansicht und die Projektionstransformationen mit Hilfe der eingebauten POSITION überschreiben. Wenn POSITION verwendet wird, wird der Wert von VERTEX ignoriert und die Projektion findet nicht statt. Der Wert, der an den Fragment-Shader übergeben wird, stammt jedoch immer noch von VERTEX.

Beim Instanziieren enthält die Variable INSTANCE_CUSTOM die benutzerdefinierten Daten der Instanz. Bei der Verwendung von Partikeln ist diese Information normalerweise:

x: Rotationswinkel in Bogenmaß.
y: Phase während der Lebensdauer (0 bis 1).
z: Animations-Frame.

Dies ermöglicht es Ihnen, den Shader einfach an ein Partikelsystem anzupassen, das Default-Partikelmaterial verwendet. Wenn Sie einen benutzerdefinierten Partikel-Shader schreiben, können Sie diesen Wert nach Belieben verwenden.

Built-in	Beschreibung
in vec2 VIEWPORT_SIZE	Größe des Viewports (in Pixeln).
in mat4 VIEW_MATRIX	Transformation von World-Space nach View-Space.
in mat4 INV_VIEW_MATRIX	Transformation von View-Space nach World-Space.
in mat4 INV_PROJECTION_MATRIX	Transformation von Clip-Space nach View-Space.
in vec3 NODE_POSITION_WORLD	World-Space-Position des Nodes.
in vec3 NODE_POSITION_VIEW	View-Space-Position des Nodes.
in vec3 CAMERA_POSITION_WORLD	World-Space-Position der Kamera.
in vec3 CAMERA_DIRECTION_WORLD	World-Space-Richtung der Kamera.
in bool OUTPUT_IS_SRGB	`true`, wenn die Ausgabe im sRGB-Farbraum erfolgt (dies ist `true` im Kompatibilität-Renderer, `false` in Forward+ und Forward Mobile).
in int INSTANCE_ID	Instanz-ID zum Instanziieren.
in vec4 INSTANCE_CUSTOM	Benutzerdefinierte Instanzdaten (meistens für Partikel).
in int VIEW_INDEX	Die Ansicht, die gerendert wird. `VIEW_MONO_LEFT` (`0`) für Mono (nicht Multiview) oder linkes Auge, `VIEW_RIGHT` (`1`) für rechtes Auge.
in int VIEW_MONO_LEFT	Konstante für Mono oder linkes Auge, immer `0`.
in int VIEW_RIGHT	Konstante für das rechte Auge, immer `1`.
in vec3 EYE_OFFSET	Positions-Offset für das gerenderte Auge. Gilt nur für Multiview-Rendering.
inout vec3 VERTEX	Vertex in lokalen Koordinaten.
in int VERTEX_ID	Der Index des aktuellen Vertex im Vertex-Puffer.
inout vec3 NORMAL	Normale in lokalen Koordinaten.
inout vec3 TANGENT	Tangente in lokalen Koordinaten.
inout vec3 BINORMAL	Binormale in lokalen Koordinaten.
out vec4 POSITION	Wenn dieser Wert beschrieben wird, überschreibt er die endgültige Vertex-Position.
inout vec2 UV	UV Hauptkanal.
inout vec2 UV2	UV Sekundärkanal.
inout vec4 COLOR	Farbe der Vertices.
out float ROUGHNESS	Rauheit für Vertex-Beleuchtung.
inout float POINT_SIZE	Punktgröße für Punkt-Rendering.
inout mat4 MODELVIEW_MATRIX	Transformation von Model-Space nach View-Space (verwenden, wenn möglich).
inout mat3 MODELVIEW_NORMAL_MATRIX
inout mat4 MODEL_MATRIX	Transformation von Model-Space nach World-Space.
inout mat3 MODEL_NORMAL_MATRIX
inout mat4 PROJECTION_MATRIX	Transformation von View-Space nach Clip-Space.
inout uvec4 BONE_INDICES
inout vec4 BONE_WEIGHTS
in vec4 CUSTOM0
in vec4 CUSTOM1
in vec4 CUSTOM2
in vec4 CUSTOM3

Bemerkung

MODELVIEW_MATRIX kombiniert sowohl MODEL_MATRIX als auch VIEW_MATRIX und ist besser geeignet, wenn Float-Probleme auftreten können. Wenn zum Beispiel das Objekt sehr weit vom Weltursprung entfernt ist, kann es bei der Verwendung des getrennten MODEL_MATRIX und VIEW_MATRIX zu Float-Problemen kommen.

Fragment-Built-ins¶

Die Standardverwendung einer Godot-Fragmentprozessorfunktion besteht darin, die Materialeigenschaften Ihres Objekts einzurichten und den Built-in-Renderer die endgültige Schattierung vornehmen zu lassen. Sie müssen jedoch nicht alle diese Propertys verwenden, und wenn Sie sie nicht befüllen, wird Godot die entsprechenden Funktionalitäten wegoptimieren.

Built-in	Beschreibung
in vec2 VIEWPORT_SIZE	Größe des Viewports (in Pixeln).
in vec4 FRAGCOORD	Koordinate der Pixelmitte im Bildschirmraum. `xy` spezifiziert die Position im Fenster, `z` spezifiziert die Fragmenttiefe, wenn `DEPTH` nicht benutzt wird. Der Ursprung ist unten links.
in bool FRONT_FACING	`true`, wenn die aktuelle Fläche die vordere Fläche ist.
in vec3 VIEW	Normalized vector from fragment position to camera (in view space). This is the same for both perspective and orthogonal cameras.
in vec2 UV	UV, das von einer Vertex-Funktion stammt.
in vec2 UV2	UV2, das von einer Vertex-Funktion stammt.
in vec4 COLOR	COLOR, die von einer Vertex-Funktion stammt.
in vec2 POINT_COORD	Punktkoordinate zum Zeichnen von Punkten mit POINT_SIZE.
in bool OUTPUT_IS_SRGB	`true`, wenn die Ausgabe im sRGB-Farbraum erfolgt (dies ist `true` im Kompatibilität-Renderer, `false` in Forward+ und Forward Mobile).
in mat4 MODEL_MATRIX	Transformation von Model-Space nach World-Space.
in mat3 MODEL_NORMAL_MATRIX
in mat4 VIEW_MATRIX	Transformation von World-Space nach View-Space.
in mat4 INV_VIEW_MATRIX	Transformation von View-Space nach World-Space.
in mat4 PROJECTION_MATRIX	Transformation von View-Space nach Clip-Space.
in mat4 INV_PROJECTION_MATRIX	Transformation von Clip-Space nach View-Space.
in vec3 NODE_POSITION_WORLD	Node-Position im World-Space.
in vec3 NODE_POSITION_VIEW	Node-Position im View-Space.
in vec3 CAMERA_POSITION_WORLD	Kamera-Position im World-Space.
in vec3 CAMERA_DIRECTION_WORLD	Kamera-Richtung im World-Space.
in vec3 VERTEX	Vertex, der von einer Vertexfunktion stammt (Default im View-Space).
in int VIEW_INDEX	Die Ansicht, die gerendert wird. `VIEW_MONO_LEFT` (`0`) für Mono (nicht Multiview) oder linkes Auge, `VIEW_RIGHT` (`1`) für rechtes Auge.
in int VIEW_MONO_LEFT	Konstante für Mono oder linkes Auge, immer `0`.
in int VIEW_RIGHT	Konstante für das rechte Auge, immer `1`.
in vec3 EYE_OFFSET	Positions-Offset für das gerenderte Auge. Gilt nur für Multiview-Rendering.
sampler2D SCREEN_TEXTURE	Entfernt in Godot 4. Verwenden Sie stattdessen ein `sampler2D` mit `hint_screen_texture`.
in vec2 SCREEN_UV	Screen-UV-Koordinate für das aktuelle Pixel.
sampler2D DEPTH_TEXTURE	Entfernt in Godot 4. Verwenden Sie stattdessen ein `sampler2D` mit `hint_depth_texture`.
out float DEPTH	Benutzerdefinierter Tiefenwert (0..1). Wenn `DEPTH` in einem beliebigen Shaderzweig geschrieben wird, dann sind Sie dafür verantwortlich, `DEPTH` für alle anderen Zweige zu setzen. Andernfalls wird die Grafik-API sie uninitialisiert lassen.
inout vec3 NORMAL	Normale, die von einer Vertexfunktion stammt (Default, im View-Space).
inout vec3 TANGENT	Tangente, die von einer Vertex-Funktion kommt.
inout vec3 BINORMAL	Binormale, die von einer Vertex-Funktion stammt.
out vec3 NORMAL_MAP	Stellen Sie hier die Normale ein, wenn die Normale von einer Textur normal statt von NORMAL gelesen wird.
out float NORMAL_MAP_DEPTH	Tiefe von der Variablen oben. Default-Wert 1.0.
out vec3 ALBEDO	Albedo (Default Weiß).
out float ALPHA	Alpha (0,1); falls genutzt, wird das Material in die transparente Pipeline geleitet.
out float ALPHA_SCISSOR_THRESHOLD	Beim Befüllen werden Werte unter einem bestimmten Alpha-Wert verworfen.
out float ALPHA_HASH_SCALE
out float ALPHA_ANTIALIASING_EDGE
out vec2 ALPHA_TEXTURE_COORDINATE
out float METALLIC	Metallisch (0..1).
out float SPECULAR	Specular. Der Default ist 0,5. Am besten nicht ändern, es sei denn, Sie möchten IOR ändern.
out float ROUGHNESS	Rauheit (0..1).
out float RIM	Rim (0..1). Falls verwendet, berechnet Godot die Randbeleuchtung.
out float RIM_TINT	Rim Tint, geht von 0 (weiß) bis 1 (Albedo). Falls verwendet, berechnet Godot die Randbeleuchtung.
out float CLEARCOAT	Kleiner hinzugefügter spiegelnder Klecks. Falls verwendet, berechnet Godot den Klarlack.
out float CLEARCOAT_GLOSS	Glanz von Klarlack. Bei Verwendung berechnet Godot den Glanz vom Klarlack.
out float ANISOTROPY	Zum Verzerren des Spiegelkleckses entsprechend des Tangentenraums.
out vec2 ANISOTROPY_FLOW	Verzerrungsrichtung, mit Flowmaps verwenden.
out float SSS_STRENGTH	Stärke des Subsurface Scattering. Bei Verwendung wird Subsurface Scattering auf das Objekt angewendet.
out vec4 SSS_TRANSMITTANCE_COLOR
out float SSS_TRANSMITTANCE_DEPTH
out float SSS_TRANSMITTANCE_BOOST
inout vec3 BACKLIGHT
out float AO	Stärke der Ambient Occlusion. Zur Verwendung mit vorgebackener AO.
out float AO_LIGHT_AFFECT	Wie stark AO die Beleuchtung beeinflusst (0..1; Default 0).
out vec3 EMISSION	Emissionsfarbe (kann für HDR über 1,1,1 gehen).
out vec4 FOG	Wenn dieser Wert befüllt wird, wird die endgültige Pixelfarbe mit FOG.rgb basierend auf FOG.a gemischt.
out vec4 RADIANCE	Wenn dieser wert befüllt wird, wird die Radiance der Environment Map mit RADIANCE.rgb auf der Grundlage von RADIANCE.a gemischt.
out vec4 IRRADIANCE	Wenn es geschrieben wird, wird die IRRADIANCE der Environment Map mit IRRADIANCE.rgb auf der Grundlage von IRRADIANCE.a gemischt.

Bemerkung

Shader, welche die transparente Pipeline durchlaufen, wenn in ALPHA geschrieben wird, können Probleme mit der Transparenzsortierung aufweisen. Lesen Sie den Abschnitt Transparenzsortierung in der "3D-Rendering-Beschränkungen"-Seite für weitere Informationen und Möglichkeiten zur Vermeidung von Problemen.

Licht-Built-ins¶

Das Schreiben von Lichtprozessorfunktionen ist völlig optional. Sie können die Lichtfunktion überspringen, indem Sie render_mode auf unshaded setzen. Wenn keine Lichtfunktion geschrieben wird, verwendet Godot die in der Fragmentfunktion geschriebenen Materialeigenschaften, um die Beleuchtung für Sie zu berechnen (abhängig vom render_mode).

Die Lichtfunktion wird für jedes Licht in jedem Pixel aufgerufen. Sie wird innerhalb einer Schleife für jeden Lichttyp aufgerufen.

Unten finden Sie ein Beispiel für eine benutzerdefinierte Lichtfunktion unter Verwendung eines Lambertschen Beleuchtungsmodells:

void light() {
    DIFFUSE_LIGHT += clamp(dot(NORMAL, LIGHT), 0.0, 1.0) * ATTENUATION * LIGHT_COLOR;
}

Wenn mehrere Lichter addiert werden sollen, fügen Sie den Lichtanteil zu DIFFUSE_LIGHT mittels += hinzu, anstatt ihn zu überschreiben.

Warnung

Die Funktion light() wird nicht ausgeführt, wenn der Rendermodus vertex_lighting aktiviert ist, oder wenn Rendering > Qualität > Schattierung > Vertex-Schattierung erzwingen in den Projekteinstellungen aktiviert ist. (Auf mobilen Plattformen ist es standardmäßig aktiviert).

Built-in	Beschreibung
in vec2 VIEWPORT_SIZE	Größe des Viewports (in Pixeln).
in vec4 FRAGCOORD	Koordinate der Pixelmitte im Bildschirmraum. `xy` spezifiziert die Position im Fenster, `z` spezifiziert die Fragmenttiefe, wenn `DEPTH` nicht benutzt wird. Der Ursprung ist unten links.
in mat4 MODEL_MATRIX	Transformation von Model-Space nach World-Space.
in mat4 INV_VIEW_MATRIX	Transformation von View-Space nach World-Space.
in mat4 VIEW_MATRIX	Transformation von World-Space nach View-Space.
in mat4 PROJECTION_MATRIX	Transformation von View-Space nach Clip-Space.
in mat4 INV_PROJECTION_MATRIX	Transformation von Clip-Space nach View-Space.
in vec3 NORMAL	Normalvektor im View-Space.
in vec2 UV	UV, das von einer Vertex-Funktion stammt.
in vec2 UV2	UV2, das von einer Vertex-Funktion stammt.
in vec3 VIEW	View-Vektor im View-Space.
in vec3 LIGHT	Lichtvektor im View-Space.
in vec3 LIGHT_COLOR	Farbe des Lichts multipliziert mit `Energie * PI`. Die Multiplikation mit `PI` ist vorhanden, weil Physikbasierte Beleuchtungsmodelle eine Division durch `PI` vorsehen.
in float SPECULAR_AMOUNT	2.0 * `light_specular`-Property für `OmniLight3D` und `SpotLight3D`. 1.0 für `DirectionalLight3D`.
in bool LIGHT_IS_DIRECTIONAL	`true`, wenn dieser Durchlauf ein `DirectionalLight3D` ist.
in float ATTENUATION	Dämpfung basierend auf Entfernung oder Schatten.
in vec3 ALBEDO	Basis-Albedo.
in vec3 BACKLIGHT
in float METALLIC	Metallisch.
in float ROUGHNESS	Rauheit.
in bool OUTPUT_IS_SRGB	`true`, wenn die Ausgabe im sRGB-Farbraum erfolgt (dies ist `true` im Kompatibilität-Renderer, `false` in Forward+ und Forward Mobile).
out vec3 DIFFUSE_LIGHT	Diffuses Licht-Ergebnis.
out vec3 SPECULAR_LIGHT	Specular Licht-Ergebnis.
out float ALPHA	Alpha (0,1); falls genutzt, wird das Material in die transparente Pipeline geleitet.

Bemerkung

Shader, welche die transparente Pipeline durchlaufen, wenn in ALPHA geschrieben wird, können Probleme mit der Transparenzsortierung aufweisen. Lesen Sie den Abschnitt Transparenzsortierung in der "3D-Rendering-Beschränkungen"-Seite für weitere Informationen und Möglichkeiten zur Vermeidung von Problemen.

Transparente Materialien können auch keine Schatten werfen oder in hint_screen_texture und hint_depth_texture Uniforms erscheinen. Dies wiederum verhindert, dass diese Materialien in Screen-Space-Reflexionen oder Brechung erscheinen. SDFGI scharfe Reflexionen sind auf transparenten Materialien nicht sichtbar (nur grobe Reflexionen sind auf transparenten Materialien sichtbar).