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Spatial 著色器

空間著色器用於為三維物件著色. 它們是Godot提供的最複雜的著色器型別. 空間著色器是高度可配置的, 具有不同的渲染模式和不同的渲染選項(例如: 次表面散射, 透射, 環境遮擋, 邊緣照明等). 使用者可以選擇編輯頂點, 片段, 和光照處理器功能, 以影響如何繪製物件.

渲染模式

渲染模式

說明

blend_mix

混合混合模式(Alpha 為透明度),預設。

blend_add

疊加混合模式。

blend_sub

減法混合模式。

blend_mul

乘法混合模式。

depth_draw_opaque

僅繪製不透明幾何體的深度(不透明)。

depth_draw_always

始終繪製深度(不透明和透明)。

depth_draw_never

不繪製深度。

depth_prepass_alpha

對透明幾何體進行不透明的深度處理。

depth_test_disabled

禁用深度測試。

sss_mode_skin

次表面散射

cull_back

剔除背面(預設)。

cull_front

剔除正面。

cull_disabled

禁用剔除(雙面)。

unshaded

結果只使用反照率。材質中不會發生照明/陰影。

線框

幾何圖形使用線條進行繪製。

diffuse_burley

Burley (Disney PBS) for diffuse (default).

diffuse_lambert

Lambert shading for diffuse.

diffuse_lambert_wrap

漫反射使用 Lambert 環繞(受粗糙度影響)。

diffuse_toon

漫反射使用卡通著色。

specular_schlick_ggx

鏡面反射使用 Schlick-GGX(預設)。

specular_toon

鏡面反射使用 Toon。

specular_disabled

禁用鏡面反射。

skip_vertex_transform

VERTEX/NORMAL 等需要在頂點函式中手動進行轉換。

world_vertex_coords

VERTEX/NORMAL 等是以世界座標而不是局部座標修改的。

ensure_correct_normals

當對網格應用非均勻尺度時。

shadows_disabled

在著色器中禁用陰影計算。

ambient_light_disabled

禁用環境光和輻射度圖的收益.

shadow_to_opacity

光照會改變alpha值, 陰影部分是不透明的, 而沒有陰影的地方是透明的. 對於AR中將陰影堆疊到一個照相機回饋中很有用.

vertex_lighting

使用基於頂點的照明。

粒子:

在粒子幾何體上使用時啟用軌跡。

alpha_to_coverage

core/set.h

alpha_to_coverage_and_one

core/set.h

fog_disabled

停用接收基於深度或體積的霧氣。對於 Blend_add 材質(例如粒子)很有用。

內建

標記為 "in" 的值是唯讀的. 標記為 "out" 的值是可以選擇寫入的, 不一定包含合理的值. 標記為 "inout" 的值提供一個合理的預設值, 並且可以選擇寫入. 取樣器不是寫入的物件, 它們沒有被標記.

定數

全域內建的功能隨處可見, 包括自訂功能.

內建

說明

in float TIME

全球時間, 以秒為單位.

in float PI

一個“PI”常數(“3.141592”)。圓的周長與其直徑的比率以及半圈的弧度數。

in float TAU

一個“TAU”常數(“6.283185”)。相當於“PI * 2”和完整的弧度數。

in float E

一個“E”常數(“2.718281”)。歐拉數和自然對數的底數。

頂點內建

頂點資料(VERTEX, NORMAL, TANGENT, BITANGENT) 是在本地模型空間中呈現. 如果不寫入, 這些值將不會被修改, 並按其原來的樣子傳遞.

通過使用 world_vertex_coords 渲染模式, 它們可以選擇性地在世界空間中呈現.

使用者可以禁用內建的modelview變換(以後仍會發生投影), 並通過以下程式碼手動完成:

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
}

其他的內建函式, 如UV, UV2和COLOR, 如果沒有修改, 也會傳遞給fragment片段函式.

使用者可以使用內建的 POSITION 覆蓋模型視圖矩陣和投影轉換。當使用 POSITION 時,將忽略 VERTEX 中的值,不會發生投影。然而,傳遞給片段著色器的值仍然來自於 VERTEX

對於產生實體,INSTANCE_CUSTOM變數包含實例自訂資料. 使用粒子時, 此資訊通常是:

  • x:旋轉角度,單位為弧度。

  • y:生命週期的階段(0 到 1)。

  • z:動畫影格。

這允許你輕鬆地將著色器調整為使用預設粒子材質的粒子系統. 在編寫自訂粒子著色器時, 可以根據需要使用這個值.

內建

說明

in vec2 VIEWPORT_SIZE

視口大小(單位為像素)。

in mat4 VIEW_MATRIX

世界空間向視圖空間轉變。

in mat4 INV_VIEW_MATRIX

視圖空間向世界空間變換.

in mat4 INV_PROJECTION_MATRIX

裁剪空間向視圖空間變換。

in vec3 NODE_POSITION_WORLD

節點在世界空間的位置。

in vec3 NODE_POSITION_VIEW

節點在視圖空間的位置。

in vec3 CAMERA_POSITION_WORLD

相機在世界空間的位置。

in vec3 CAMERA_DIRECTION_WORLD

相機在世界空間的方向。

in bool OUTPUT_IS_SRGB

當計算發生在sRGB色彩空間時為 true (GLES2為 true ,GLES3為 false ).

in int INSTANCE_ID

產生實體的實例ID.

in vec4 INSTANCE_CUSTOM

實例自訂資料(主要用於粒子)。

in int VIEW_INDEX

我們正在渲染的視圖。 VIEW_MONO_LEFT (0) 用於單聲道(非多重視圖)或左眼,VIEW_RIGHT (1) 用於右眼。

in int VIEW_MONO_LEFT

單眼或左眼常數,始終為“0”。

in int VIEW_RIGHT

右眼恆定,始終為“1”。

in vec3 EYE_OFFSET

正在渲染的眼睛的位置偏移。僅適用於多視圖渲染。

inout vec3 VERTEX

局部座標中的頂點.

in int VERTEX_ID

頂點緩衝區中目前頂點的索引。

inout vec3 NORMAL

局部座標法線.

inout vec3 TANGENT

局部座標切線.

inout vec3 BINORMAL

局部座標次法線.

out vec4 POSITION

如果寫入, 則覆蓋最終頂點位置.

inout vec2 UV

UV主通道.

inout vec2 UV2

UV2次要通道.

inout vec4 COLOR

頂點顏色.

out float ROUGHNESS

頂點照明的粗糙度.

inout float POINT_SIZE

點渲染的點大小.

inout mat4 MODELVIEW_MATRIX

模型空間向視圖空間變換(如果可用).

inout mat3 MODELVIEW_NORMAL_MATRIX

inout mat4 MODEL_MATRIX

模型空間到世界空間變換.

inout mat3 MODEL_NORMAL_MATRIX

inout mat4 PROJECTION_MATRIX

視圖空間向裁剪空間變換.

inout uvec4 BONE_INDICES

inout vec4 BONE_WEIGHTS

in vec4 CUSTOM0

in vec4 CUSTOM1

in vec4 CUSTOM2

in vec4 CUSTOM3

備註

MODELVIEW_MATRIX 結合了 WORLD_MATRIXINV_CAMERA_MATRIX,更適合可能會造成浮點數問題的場合。例如,如果物件距離世界原點非常遠,那麼使用單獨的 WORLD_MATRIXINV_CAMERA_MATRIX 可能就會遇到浮點數問題。

片段內建

Godot片段處理器函式的預設用法是設定物件的材質屬性, 並讓內建渲染器處理最終的陰影. 但是, 你無需使用所有這些屬性, 如果你不寫入它們,Godot將優化掉相應的功能.

內建

說明

in vec2 VIEWPORT_SIZE

視口大小(單位為像素)。

in vec4 FRAGCOORD

螢幕空間中像素中心的座標. xy 表示視窗位置, 如果不使用 DEPTH, 則 z 表示片段深度. 原點在左下角.

in bool FRONT_FACING

true , 如果目前面是正面.

in vec3 VIEW

從相機到碎片位置的向量(在視圖空間中).

in vec2 UV

來自頂點功能的UV.

in vec2 UV2

來自頂點功能的UV2.

in vec4 COLOR

來自頂點功能的顏色.

in vec2 POINT_COORD

用POINT_SIZE繪製的點座標.

in bool OUTPUT_IS_SRGB

當計算發生在sRGB色彩空間時為 true (GLES2為 true ,GLES3為 false ).

in mat4 MODEL_MATRIX

模型空間到世界空間變換.

in mat3 MODEL_NORMAL_MATRIX

in mat4 VIEW_MATRIX

世界空間向視圖空間轉變。

in mat4 INV_VIEW_MATRIX

視圖空間向世界空間變換.

in mat4 PROJECTION_MATRIX

視圖空間向裁剪空間變換.

in mat4 INV_PROJECTION_MATRIX

裁剪空間向視圖空間變換。

in vec3 NODE_POSITION_WORLD

節點的位置,使用世界空間。

in vec3 NODE_POSITION_VIEW

節點的位置,使用視圖空間。

in vec3 CAMERA_POSITION_WORLD

相機的位置,使用世界空間。

in vec3 CAMERA_DIRECTION_WORLD

相機的方向,使用世界空間。

in vec3 VERTEX

來自頂點函式的頂點(預設情況下, 在視圖空間中).

in int VIEW_INDEX

我們正在渲染的視圖。 VIEW_MONO_LEFT (0) 用於單聲道(非多重視圖)或左眼,VIEW_RIGHT (1) 用於右眼。

in int VIEW_MONO_LEFT

單眼或左眼常數,始終為“0”。

in int VIEW_RIGHT

右眼恆定,始終為“1”。

in vec3 EYE_OFFSET

正在渲染的眼睛的位置偏移。僅適用於多視圖渲染。

sampler2D SCREEN_TEXTURE

在 Godot 4 中移除。請改用 sampler2Dhint_screen_texture

in vec2 SCREEN_UV

螢幕目前像素的UV座標.

sampler2D DEPTH_TEXTURE

在 Godot 4 中移除。請改用 sampler2Dhint_depth_texture

out float DEPTH

自訂深度值 (0..1)。如果在著色器的任何分支中寫入了 DEPTH,那麼你就需要負責在**所有**其他分支中設定 DEPTH。否則圖形 API 不會對其進行初始化。

inout vec3 NORMAL

來自於頂點函式的法向量(預設情況下, 在視圖空間中).

inout vec3 TANGENT

來自頂點函式的切線.

inout vec3 BINORMAL

來自頂點函式的Binormal.

out vec3 NORMAL_MAP

如果從紋理中讀取法線而不是NORMAL, 在這裡設定normal.

out float NORMAL_MAP_DEPTH

從變數上方深度. 預設為1.0.

out vec3 ALBEDO

反射(預設為白色).

out float ALPHA

Alpha (0..1);如果寫入, 材質將進入透明管道.

out float ALPHA_SCISSOR_THRESHOLD

如果寫入, 則丟棄低於一定量alpha的值.

out float ALPHA_HASH_SCALE

out float ALPHA_ANTIALIASING_EDGE

out vec2 ALPHA_TEXTURE_COORDINATE

out float METALLIC

金屬性(0..1)。

out float SPECULAR

鏡面反射。預設為 0.5,最好不要修改,除非你想改變 IOR。

out float ROUGHNESS

粗糙度(0..1).

out float RIM

邊緣(0-1區間). 如果使用,Godot計算邊緣照明.

out float RIM_TINT

邊緣色調, 從0(白色)到1(反射). 如果使用,Godot會計算邊緣光照.

out float CLEARCOAT

小幅增加鏡面反射斑點。如果使用,Godot 將計算清漆塗層。

out float CLEARCOAT_GLOSS

清漆塗層的光澤度. 如果使用,Godot計算清漆塗層.

out float ANISOTROPY

用於根據切線空間扭曲鏡面反射斑點。

out vec2 ANISOTROPY_FLOW

失真方向, 與流程圖一起使用.

out float SSS_STRENGTH

次表面散射強度. 如果使用, 物體將應用次表面散射.

out vec4 SSS_TRANSMITTANCE_COLOR

out float SSS_TRANSMITTANCE_DEPTH

out float SSS_TRANSMITTANCE_BOOST

inout vec3 BACKLIGHT

out float AO

環境遮擋. 與預焙環境遮擋一起使用.

out float AO_LIGHT_AFFECT

環境遮擋對燈光的影響程度(取值在0到1之間. 預設為0).

out vec3 EMISSION

發射顏色(HDR可以超過1,1,1).

out vec4 FOG

如果寫入,則根據 FOG.a 將最終像素顏色與 FOG.rgb 混合。

out vec4 RADIANCE

如果寫入,則將環境貼圖輻射度與基於 RADIANCE.a 的 RADIANCE.rgb 混合。

out vec4 IRRADIANCE

如果寫入,則將環境貼圖 IRRADIANCE 與基於 IRRADIANCE.a 的 IRRADIANCE.rgb 混合。

備註

因為寫入 ALPHA 而經過透明管線的著色器可能受到透明排序問題的影響。更多資訊及解決方法請閱讀:ref:3D 渲染限制頁面的透明排序章節 <doc_3d_rendering_limitations_transparency_sorting>

內建燈光

編寫光處理器功能是完全可選的。您可以通過設定 render_mode 為 unshaded 來跳過光照函式。如果沒有寫入光照函式,Godot 將使用片段函式中寫入的材質屬性來為您計算光照(取決於 render_mode)。

要寫一個光照函式,要給 DIFFUSE_LIGHTSPECULAR_LIGHT 指定一些東西。不指定任何東西意味著不處理光照。

每個像素中的每個光都呼叫光照函式. 在每個光型別的迴圈中被呼叫.

下面是一個使用蘭伯特光照模型的自訂光函式的例子:

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

如果你想把這些光照加在一起,請使用 += 運算子將光線新增到 DIFFUSE_LIGHT 函式中,不要覆蓋它。

警告

如果啟用了 vertex_lighting 渲染模式, 或者在專案設定中啟用了 Rendering渲染>Quality品質>Shading著色>強制頂點著色 , 則不會運作 light() 函式.(在移動平臺上預設啟用.)

內建

說明

in vec2 VIEWPORT_SIZE

視口大小(單位為像素)。

in vec4 FRAGCOORD

螢幕空間中像素中心的座標. xy 表示視窗位置, 如果不使用 DEPTH, 則 z 表示片段深度. 原點在左下角.

in mat4 MODEL_MATRIX

模型空間到世界空間變換.

in mat4 INV_VIEW_MATRIX

視圖空間向世界空間變換.

in mat4 VIEW_MATRIX

世界空間向視圖空間轉變。

in mat4 PROJECTION_MATRIX

視圖空間向裁剪空間變換.

in mat4 INV_PROJECTION_MATRIX

裁剪空間向視圖空間變換。

in vec3 NORMAL

法向量, 在視圖空間中.

in vec2 UV

來自頂點功能的UV.

in vec2 UV2

來自頂點功能的UV2.

in vec3 VIEW

視圖向量, 在視圖空間中.

in vec3 LIGHT

燈光向量, 在視圖空間中.

in vec3 LIGHT_COLOR

光的顏色乘以「能量 * PI」。存在“PI”乘法是因為基於物理的光照模型包含除以“PI”。

in float SPECULAR_AMOUNT

2.0 * OmniLight3DSpotLight3Dlight_specular 屬性。 1.0 用於「DirectionalLight3D」。

in bool LIGHT_IS_DIRECTIONAL

如果 true 代表光照通道.

in float ATTENUATION

基於距離或陰影的衰減.

in vec3 ALBEDO

基礎反射.

in vec3 BACKLIGHT

in float METALLIC

Metallic(金屬)。

in float ROUGHNESS

粗糙度.

in bool OUTPUT_IS_SRGB

當計算發生在sRGB色彩空間時為 true (GLES2為 true ,GLES3為 false ).

out vec3 DIFFUSE_LIGHT

漫射光效果.

out vec3 SPECULAR_LIGHT

鏡面反射光效果。

out float ALPHA

Alpha (0..1);如果寫入, 材質將進入透明管道.

備註

因為寫入 ALPHA 而經過透明管線的著色器可能受到透明排序問題的影響。更多資訊及解決方法請閱讀:ref:3D 渲染限制頁面的透明排序章節 <doc_3d_rendering_limitations_transparency_sorting>

透明材質也不能投射陰影或出現在「hint_screen_texture」和「hint_depth_texture」制服中。這反過來又防止這些材質出現在螢幕空間反射或折射中。 SDFGI 銳反射在透明材料上不可見(在透明材料上僅可見粗糙反射)。