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Shader API

通用 API

API 调用方式如下：

#include "Common.glsl"
 
float f2 = pow2(0.5);

Common

提供了PI 等常用宏，gammaToLinear、pow2 等通用方法，详见源码。

Fog

提供了深度雾化方法:

vec4 fog(vec4 color, vec3 positionVS);

Transform

提供了模型空间、视图空间、世界空间、相机坐标等系统变量:

mat4 renderer_LocalMat;
mat4 renderer_ModelMat;
mat4 camera_ViewMat;
mat4 camera_ProjMat;
mat4 renderer_MVMat;
mat4 renderer_MVPMat;
mat4 renderer_NormalMat;
 
vec3 camera_Position;
vec3 camera_Forward;
vec4 camera_ProjectionParams;

Light

提供了获取引擎光照，包括直接光、间接光的方法:

// 直接光
DirectLight getDirectLight(int index);
PointLight getPointLight(int index);
SpotLight getSpotLight(int index);
 
// 间接光
EnvMapLight scene_EnvMapLight;
 
#ifdef SCENE_USE_SH
    vec3 scene_EnvSH[9];
#endif
 
#ifdef SCENE_USE_SPECULAR_ENV
    samplerCube scene_EnvSpecularSampler;
#endif

Normal

提供了法线计算的一些通用方法：

// 在切线空间进行法线贴图运算后的法线
vec3 getNormalByNormalTexture(mat3 tbn, sampler2D normalTexture, float normalIntensity, vec2 uv, bool isFrontFacing);
 
// 利用导数计算切线，针对本身没有切线的模型
mat3 getTBNByDerivatives(vec2 uv, vec3 normal, vec3 position, bool isFrontFacing);

Shadow

提供了阴影相关的函数，详见源码。

// 获取级联阴影所属层级，比如级联数量设为4，则返回 0～3
int computeCascadeIndex(vec3 positionWS);
 
// 获取 shadowmap 中的坐标
vec3 getShadowCoord(vec3 positionWS);
 
// 获取阴影强度，包含采样方式、阴影衰减
float sampleShadowMap(vec3 positionWS, vec3 shadowCoord);

Skin

提供骨骼计算方法：

mat4 getSkinMatrix(Attributes attributes);

BlendShape

提供 BS 计算方法：

void calculateBlendShape(Attributes attributes, inout vec4 position, inout vec3 normal, inout vec4 tangent);

PBR API

除了通用 API，PBR 也封装了一些列如 BSDF 光照模型的 API，用户拓展别的材质时可以尝试 #include 复用这些 API。

AttributesPBR

封装了 PBR 所需要的所有 Attribute 变量，详见源码。

VaryingsPBR

封装了 PBR 所需要的所有 Varyings 变量，详见源码。

LightDirectPBR

封装了基于 BSDF 光照模型的直接光计算，详见源码。

一般来说，直接调用即可：

// Evaluate direct lighting
evaluateDirectRadiance(varyings, surfaceData, bsdfData, shadowAttenuation, totalDiffuseColor, totalSpecularColor);

提供了以下函数重载宏覆盖光照模型的关键计算：

#define FUNCTION_SURFACE_SHADING surfaceShading
#define FUNCTION_DIFFUSE_LOBE diffuseLobe
#define FUNCTION_SPECULAR_LOBE specularLobe
#define FUNCTION_CLEAR_COAT_LOBE clearCoatLobe
#define FUNCTION_SHEEN_LOBE sheenLobe
 
void surfaceShading(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData, vec3 incidentDirection, vec3 lightColor, inout vec3 totalDiffuseColor, inout vec3 totalSpecularColor);
void diffuseLobe(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData, vec3 attenuationIrradiance, inout vec3 diffuseColor);
void specularLobe(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData, vec3 incidentDirection, vec3 attenuationIrradiance, inout vec3 specularColor);
float clearCoatLobe(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData, vec3 incidentDirection, vec3 color, inout vec3 specularColor);
void sheenLobe(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData, vec3 incidentDirection, vec3 attenuationIrradiance, inout vec3 diffuseColor, inout vec3 specularColor);

LightInDirectPBR

封装了基于 BSDF 光照模型的环境光计算，详见源码。

一般来说，直接调用即可：

// IBL
evaluateIBL(varyings, surfaceData, bsdfData, totalDiffuseColor, totalSpecularColor);

提供了以下函数重载宏覆盖光照模型的关键计算：

#define FUNCTION_DIFFUSE_IBL evaluateDiffuseIBL
#define FUNCTION_SPECULAR_IBL evaluateSpecularIBL
#define FUNCTION_CLEAR_COAT_IBL evaluateClearCoatIBL
#define FUNCTION_SHEEN_IBL evaluateSheenIBL
 
void evaluateDiffuseIBL(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData, inout vec3 diffuseColor);
void evaluateSpecularIBL(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData, float radianceAttenuation, inout vec3 outSpecularColor);
float evaluateClearCoatIBL(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData, inout vec3 specularColor);
void evaluateSheenIBL(Varyings varyings, SurfaceData surfaceData, BSDFData bsdfData,  float radianceAttenuation, inout vec3 diffuseColor, inout vec3 specularColor);

VertexPBR

PBR 顶点着色器所需要的一些方法，比如获取 TilingOffset 之后的 UV 坐标，获取骨骼、BS运算过后的世界坐标、法线、切线等，详见源码。

VertexInputs vertexInputs = getVertexInputs(attributes);
 
gl_Position = renderer_MVPMat * vertexInputs.positionOS;

BSDF

PBR 光照模型关键文件，封装了 BRDF、投射、折射等相关的通用计算函数， 以及用于后续光照模型计算的 SurfaceData 结构体和 BSDFData 结构体，详见源码。

FragmentPBR

包含了大量 CPU 传过来的金属度、粗糙度、贴图等变量，通过 getSurfaceData 初始化 SurfaceData 结构体，详见源码。

BSDFData bsdfData;
 
// 初始化 SurfaceData 结构体
SurfaceData surfaceData = getSurfaceData(varyings, aoUV, gl_FrontFacing);
 
// 可以在这加工 SurfaceData 里面的数据
initBSDFData(surfaceData, bsdfData);

最后

除了关键 API 的功能和调用方式，关于整个文件的组织方式可以参考官网的 ForwardPassPBR。

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