在WPF中使用着色器

概念类比

范畴	CPU	GPU
二进制文件	.exe	.cso / .ps
二进制指令	机器码	CSO(shader指令)
助记符	汇编	SL
高级语言	C#	HLSL
高级语言文件	.cs	.hlsl / .fx
高级语言编译器	csc.exe	fxc.exe
API	.NET API	DirectX API
运行时环境	CLR	DirectX
调试工具	Visual Studio Debugger	RenderDoc

• 着色器类型

着色器简称	着色器名	解释
cs_4_0	Compute Shader model 4.0	计算着色器，用于处理非图形计算任务
ds_5_0	Domain Shader model 5.0	域着色器，用于曲面细分技术中，生成顶点后处理顶点数据
fx_2_0	Effect model 2.0	效果文件，用于组合多个渲染状态和着色器程序，方便管理和使用
gs_4_0	Geometry Shader model 4.0	几何着色器，能接收一些图形形状作为输入，并输出其他形状，用于生成新顶点和图形
hs_5_0	Hull Shader model 5.0	曲面控制着色器，用于图形的曲面细分
ps_2_0	Pixel Shader model 2.0	像素着色器，用于计算像素颜色
tx_1_0	Texture Shader model 1.0 (software)	纹理着色器，主要用于处理纹理映射
vs_1_1	Vertex Shader model 1.1	顶点着色器，用于处理每个顶点数据

3DS Max HLSL编写与预览

• 首先，为了避免折腾和跟上b站的视频教程，下载3DS Max，接着添加一个茶壶
  只是教程用的是Direct9，我们现在用的是Direct11，语法有点差异
  
  打开3DS Max，按下快捷键M，或者点击材质编辑器
  
  然后切换模式，换成精简材质编辑器
  
  点击物理材质切换自己写的shader
  
  选择DirectX Shader材质
  
  点击确定
  
  点击路径，可选择自定义材质
  

可以事先在桌面上新建一个txt文件，然后把扩展名改为.fx，可以使用vscode或者visualStudio下载HLSL扩展进行编辑
这列我提供一个Direct11的最简单的纯色着色器效果文件solidColor.fx

// solidColor.fx


//世界投影矩阵
//用来将顶点从模型空间转换到最终的裁剪空间
float4x4 WorldViewProjection : WorldViewProjection < string UIWidget="None"; >;

//UI面板项目
float4 SolidColor
<
    string UIWidget = "Color";
    string UIName="Solid Color";
> = float4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);

struct VertexShaderInput
{
    //顶点着色器输入用这个语义
    //表示顶点的位置信息
    //模型空间（或世界空间）中定义的
    float4 Position : POSITION;
};

struct VertexShaderOutput
{
    //顶点着色器输出用这个语义
    //表示顶点在裁剪空间（Clip Space）中的位置
    //用来决定顶点在屏幕上位置的空间
    float4 Position : SV_Position;
};

struct PixelShaderOutput
{
    float4 Color : SV_TARGET;
};

//================== 简单的顶点着色器函数
VertexShaderOutput VertexShaderFunction(VertexShaderInput input)
{
    VertexShaderOutput output;

    // 计算最终的顶点位置
    output.Position = mul(input.Position, WorldViewProjection);

    return output;
}


//=============== 基本像素着色器函数
PixelShaderOutput PixelShaderFunction()
{
    PixelShaderOutput output;

    // 设置像素颜色为 SolidColor 定义的颜色
    output.Color = SolidColor;

    return output;
}

// 定义渲染效果
//Direct9写technique
//Direct10写technique10
//Direct11写technique11
technique11 SolidColorTechnique
{
    pass P0
    {
        // 基本顶点着色器
        VertexShader = compile vs_5_0 VertexShaderFunction();

        // 基本像素着色器
        PixelShader = compile ps_5_0 PixelShaderFunction();
    }
}

然后把这个材质拖到模型上

参数Solid Color是我们在代码中定义的组件，用来选材质颜色

float4 SolidColor
<
    string UIWidget = "Color";
    string UIName="Solid Color";
> = float4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);

WPF着色器编写与使用

看了下，似乎wpf只支持像素着色器，不支持顶点着色器。那代码就简化许多了。
第二个问题是wpf中没有通过HLSL生成UI控件，怎么调整SolidColor？
我看了下HLSL变量声明语法，原来是批注语法效果框架能识别，但会被hlsl忽略
https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl-variable-syntax

[Storage_Class] [Type_Modifier] Type Name[Index] [: Semantic] [: Packoffset] [: Register]; [Annotations] [= Initial_Value]

wpf中使用的则是Register可选部分，从寄存器读取输入

wpfSolidColor.fx

struct PixelShaderOutput
{
    float4 Color : SV_TARGET;
};
float4 SolidColor : register(c0) = float4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);

//=============== 基本像素着色器函数
PixelShaderOutput PixelShaderFunction()
{
    PixelShaderOutput output;

    // 设置像素颜色为 SolidColor 定义的颜色
    output.Color = SolidColor;

    return output;
}

• 编译
  然后使用效果编译工具fxc.exe编译这个文件
  ./fxc /T ps_3_0 /E PixelShaderFunction /Fo TextEffect2.ps wpfSolidColor.fx
  注意，wpf支持的directx版本比较老，这里只能用ps_3_0或ps_2_0
  https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/direct3dtools/dx-graphics-tools-fxc-syntax
  之后把TextEffect2.ps拷贝到项目，把生成方式改为资源
  在添加一个效果类

namespace 你的命名空间
{
    public class SolidShader:ShaderEffect
    {
        public static readonly DependencyProperty SolidColorProperty = DependencyProperty.Register("SolidColor", typeof(Color), typeof(SolidShader), new UIPropertyMetadata(Color.FromArgb(255, 0, 0, 0), PixelShaderConstantCallback(1)));
        public SolidShader()
        {
            PixelShader pixelShader = new PixelShader();
            pixelShader.UriSource = new Uri("pack://application:,,,/程序集命名空间;component/路径/TextEffect2.ps", UriKind.Absolute);
            this.PixelShader = pixelShader;

            this.UpdateShaderValue(SolidColorProperty);
        }
        public Color SolidColor
        {
            get
            {
                return ((Color)(this.GetValue(SolidColorProperty)));
            }
            set
            {
                this.SetValue(SolidColorProperty, value);
            }
        }
    }
}

最后看到像素着色器正常运行

总结

• 自定义
  着色器类型很多，3ds max中能自定义完整的渲染管线，包括顶点着色器和像素着色器。但是wpf只支持像素着色器的自定义。
• 着色器编译入口
  使用fxc.exe我们可以自及指定入口函数，但是使用Shazzam Shader Editor 看起来已经在代码中固定了入口函数。
  Shazzam Shader Editor使用Shazzam Shader Editor 的好处是编译和预览方便
• 版本
  Direct已经更新到11了，但wpf只支持Direct9