ジオメトリシェーダーでメッシュを複製する。

本日はShader学習枠です。

　ジオメトリシェーダーの処理を使用することで頂点シェーダーから受け取った頂点データをもとに頂点の増減ができることは知っていたのですが、具体的な処理を記述したことはなかったので改めて勉強してみました。

〇実機での動作

今回はUnityのプリミティブオブジェクトである[Quad]にアタッチすることでマテリアルの変数値に応じてメッシュが出現するシェーダーを描きました。

このシェーダーのコアな部分はジオメトリシェーダーで行っています。

ジオメトリシェーダーの処理は次のようになります。

[maxvertexcount(120)]
void geom(triangle  appdata input[3],uint pid :SV_PrimitiveID,inout TriangleStream<FragmentInput> triStream)
{
   //頂点を宣言
   float3 wp0 = input[0].vertex.xyz;
   float3 wp1 = input[1].vertex.xyz;
   float3 wp2 = input[2].vertex.xyz;
   float3 wp3 = input[0].vertex.xyz;
   float3 wp4 = input[1].vertex.xyz;
   float3 wp5 = input[2].vertex.xyz;
　各頂点ごとのUVデータを取得
　...
   
　//各頂点の法線を代入
  ...
    
   int i = 0;
   int n =_Size;
 
   while ( i<n)
   {
　   //各メッシュの座標
      float direction;
      direction= i ;

      float3 wp6 = wp0+float3(0,0,direction);
      float3 wp7 =wp1+float3(0,0,direction);
      float3 wp8 = wp2+float3(0,0,direction);
      float3 wp9 = wp3+float3(0,0,direction);
      float3 wp10 = wp4+float3(0,0,direction);
      float3 wp11 = wp5+float3(0,0,direction);
      //VertexOutputに頂点データを渡す。
      triStream.Append(VertexOutput(wp6, wn0 ,uv0));
      triStream.Append(VertexOutput(wp7, wn1,uv1));
      triStream.Append(VertexOutput(wp8, wn2,uv2));

      triStream.Append(VertexOutput(wp9, wn3,uv3));
      triStream.Append(VertexOutput(wp10, wn4,uv4));
      triStream.Append(VertexOutput(wp11, wn5,uv5));
     //メッシュを作成
      triStream.RestartStrip();
      i=i+1;
   }
}

ここで注目する点が頂点を６つ宣言している点です。

これは３Dモデルのメッシュが関係しており、Quadの場合ポリゴン数が２であり、一つのポリゴンは３つの頂点で形成されるので一つのQuadを構成する頂点は６つになります。

   while ( i<n)
   {
　   //各メッシュの座標
      float direction;
      direction= i ;

      ...
      triStream.Append(VertexOutput(wp9, wn3,uv3));
      triStream.Append(VertexOutput(wp10, wn4,uv4));
      triStream.Append(VertexOutput(wp11, wn5,uv5));
     //メッシュを作成
      triStream.RestartStrip();
      i=i+1;
   }

while文でループ処理を行います。

この際にtriStream.Append()で頂点データを渡しています。

　この処理の終わりに[ triStream.RestartStrip()]を呼ぶことで出力した頂点でメッシュを作成します。

　つまり今回のシェーダーの場合一回のwhile文内の処理で一つのQuadを作成します。

while文のループごとに頂点の座標をdirectionとしてずらしているためメッシュが複製されるだけではなくずれて描画されます。

 float3 wp6 = wp0+float3(0,0,direction);

　コード全文は以下のようになります。

〇コード

Shaderファイル

Shader "Unlit/Test"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Size("Size",float)=1
        _Speed("Speed",float)=0
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent""IgnoreProjector"="True"}
        LOD 100
    ZWrite Off
    Blend One One
        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
           //ジオメトリシェーダーの宣言
            #pragma geometry geom
            #pragma fragment frag
             
            #include "TergetSite.hlsl"
            
            ENDHLSL
        }
    }
}

〇HLSLファイル

#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

float _Size;

sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
struct appdata
{
   float4  vertex :POSITION;
   float2 uv:TEXCOORD0;
   float3  normal :NORMAL;
};

struct FragmentInput
{
   float4 position : SV_POSITION;
   float2 uv :TEXCOORD0;
};

FragmentInput VertexOutput(float3 wp,float3 wn, float2 uv )
{
   FragmentInput i;
   i.position = TransformObjectToHClip(wp);
   i.uv = uv;
   return i;
}




appdata   vert (appdata v)
{
   v.vertex = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
   return  v;
}


//This shader get 4 vertex in Plane Models;
[maxvertexcount(120)]
void geom(triangle  appdata input[3],uint pid :SV_PrimitiveID,inout TriangleStream<FragmentInput> triStream)
{
   float3 wp0 = input[0].vertex.xyz;
   float3 wp1 = input[1].vertex.xyz;
   float3 wp2 = input[2].vertex.xyz;

   float2 uv0 = input[0].uv;
   float2 uv1 = input[1].uv;
   float2 uv2 = input[2].uv;
   float2 uv3 = input[0].uv;
   float2 uv4 = input[1].uv;
   float2 uv5 = input[2].uv;
   

   float3 wn0 = input[0].normal;
   float3 wn1 = input[1].normal;
   float3 wn2 = input[2].normal;
   
   float3 wp3 = input[0].vertex.xyz;
   float3 wp4 = input[1].vertex.xyz;
   float3 wp5 = input[2].vertex.xyz;
   
   float3 wn3 = input[0].normal;
   float3 wn4 = input[1].normal;
   float3 wn5 = input[2].normal;

   
   int i = 0;
   int n =_Size;
   float l= _Size-1;
   float ext= 0;
 
   while ( i<n)
   {
      float x=0;
      float result;
      

      float direction;
      direction= i ;

      float3 wp6 = wp0+float3(0,0,direction);
      float3 wp7 =wp1+float3(0,0,direction);
      float3 wp8 = wp2+float3(0,0,direction);
      float3 wp9 = wp3+float3(0,0,direction);
      float3 wp10 = wp4+float3(0,0,direction);
      float3 wp11 = wp5+float3(0,0,direction);
      
      triStream.Append(VertexOutput(wp6, wn0 ,uv0));
      triStream.Append(VertexOutput(wp7, wn1,uv1));
      triStream.Append(VertexOutput(wp8, wn2,uv2));

      triStream.Append(VertexOutput(wp9, wn3,uv3));
      triStream.Append(VertexOutput(wp10, wn4,uv4));
      triStream.Append(VertexOutput(wp11, wn5,uv5));
      triStream.RestartStrip();
      i=i+1;
   }

}


float4 frag (FragmentInput i):SV_Target
{
   
   float4 col=float4(1,1,1,1);
   col *= tex2D(_MainTex,i.uv);
    
   return col;
}