Unity Shader中的ComputeScreenPos函数

敢想敢做敢拼

Unity shader提供了内置函数ComputeScreenPos，其定义位于UnityCG.cginc中，大致如下：
inline float4 ComputeNonStereoScreenPos(float4 pos) {
    float4 o = pos * 0.5f;
    o.xy = float2(o.x, o.y*_ProjectionParams.x) + o.w;
o.zw = pos.zw;
    return o;
}
inline float4 ComputeScreenPos(float4 pos) {
    float4 o = ComputeNonStereoScreenPos(pos);
#if defined(UNITY_SINGLE_PASS_STEREO)
    o.xy = TransformStereoScreenSpaceTex(o.xy, pos.w);
#endif
    return o;
}
其中的宏UNITY_SINGLE_PASS_STEREO用于控制在不同平台上计算方式的差异
看该函数的命名第一直觉是该函数返回的是屏幕空间下的坐标值，但是该函数返回的是齐次坐标下的屏幕坐标值。让我们剔除不必要的代码，来看核心的计算代码，如下
inline float4 ComputeNonStereoScreenPos(float4 pos) {
    float4 o = pos * 0.5f;
    o.xy = float2(o.x, o.y*_ProjectionParams.x) + o.w;
o.zw = pos.zw;
    return o;
}
首先，该函数传入的参数pos为顶点变换到齐次坐标系下的坐标，也就是说，在shader中，你需要这么使用：
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.screenPos = ComputeScreenPos(o.pos);
接着来回顾下如何从齐次坐标变换到屏幕坐标：我们知道，顶点在变换到齐次坐标后，其x和y分量的范围在[-w, w]。假设目前屏幕的宽度为width，高度为height，那么屏幕坐标的计算方法为：
screenPosX = ((x / w) * 0.5 + 0.5) * width
screenPosY = ((y / w) * 0.5 + 0.5) * height


我们来看ComputeScreenPos是如何做的，它的计算方法为：
o.x = (pos.x * 0.5 + pos.w * 0.5)
o.y = (pos.y * 0.5 * _ProjectionParams.x + pos.w * 0.5)
其中_ProjectionParams.x用于在使用翻转投影矩阵时（此时其值为-1.0）翻转y的坐标值。
现在我们将屏幕坐标的计算方法变换到ComputeScreenPos使用的计算方法，如下：
screenPosX / width = ((x / w) * 0.5 + 0.5)
screenPosY / height = ((y / w) * 0.5 + 0.5)

两边同时乘w：

screenPosX / width * w = ((x * 0.5 + w * 0.5)
screenPosY / height * w = ((y * 0.5 + w * 0.5)
和unity shader 计算方法比较   
float4 o = pos * 0.5f;
o.xy = float2(o.x, o.y_ProjectionParams.x) + o.w;
o.zw = pos.zw;
展开将o.x=pos.x*0.5代入公式
o.x=pos.x0.5+pos.w*0.5


现在一目了然了，ComputeScreenPos返回的值是齐次坐标系下的屏幕坐标值，其范围为[0, w]。那么为什么Unity要这么做呢？Unity的本意是希望你把该坐标值用作tex2Dproj指令的参数值，tex2Dproj会在对纹理采样前除以w分量。当然你也可以像下面代码那样自己除以w分量后进行采样，但是效率不如内置指令tex2Dproj：

pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
screenPos = ComputeScreenPos(o.pos);
tex2D(_ScreenTex, float2(screenPos.xy / screenPos.w))