Kiểu dữ liệu trong HLSL: float, half, vector và ma trận

Giống C#, HLSL bắt mọi biến phải có kiểu. Khác C# ở chỗ HLSL có sẵn kiểu vector và ma trận, vì GPU gần như chỉ làm toán với vị trí, hướng và màu.

Số thực: float và half

Người mới hay khai báo mọi thứ bằng float rồi thắc mắc vì sao shader mẫu của Unity lại dùng half cho màu. Lý do là độ chính xác và tốc độ.

• float: số thực 32 bit. Dùng cho vị trí, UV, thời gian, mọi thứ cần chính xác.
• half: số thực 16 bit trên điện thoại, khoảng 3 chữ số thập phân, giá trị lớn nhất khoảng 65504. Trên PC, half thường được chạy như float.

float  timeAlive = _Time.y;    // thời gian tăng mãi, cần float
float2 uv        = input.uv;   // UV cần chính xác, nhất là texture lớn
half   hpRatio   = 0.75;       // tỉ lệ máu 0..1, half là đủ
half4  hitColor  = half4(1, 1, 1, 1);

Quy tắc dễ nhớ: màu, hệ số 0 tới 1, pháp tuyến đã chuẩn hóa thì dùng half. Vị trí, UV, thời gian thì dùng float.

Lỗi hay gặp: lưu thời gian vào half để làm hiệu ứng cuộn. Chơi được vài phút, trên điện thoại hiệu ứng bắt đầu giật cục vì half không đủ chữ số để phân biệt 300.01 với 300.02. Trên PC bạn không thấy lỗi này, nên phải test trên máy thật.

Số nguyên và đúng sai: int, bool

int  waveCount = 3;
bool isFrozen  = hpRatio < 0.3;

for (int i = 0; i < waveCount; i++)
{
    // lặp qua từng đợt sóng
}

Shader cơ bản ít dùng int và bool. Thay vì if, người viết shader thường dùng hàm step và lerp để chọn giá trị, xem trang Hàm có sẵn.

Vector: float2, float3, float4

Vector là nhiều số đi chung một biến. Số ở cuối tên là số thành phần.

float2 uv       = float2(0.5, 0.5);        // tọa độ texture
float3 posWS    = float3(0, 1.8, 10);      // vị trí trong thế giới
half4  slimeCol = half4(0.2, 0.9, 0.3, 1); // màu RGBA
half3  white    = 1;                       // gán một số cho cả ba thành phần

Phép toán trên vector chạy theo từng thành phần. Cộng hai float3 là cộng x với x, y với y, z với z. Nhân hai màu cũng vậy: slimeCol * half4(1, 0.5, 0.5, 1) giảm kênh xanh lá và xanh dương còn một nửa.

Lấy từng thành phần bằng .x .y .z .w hoặc .r .g .b .a. Trang Swizzle nói kỹ về cách này.

Ma trận: float4x4

Ma trận 4x4 dùng để đổi tọa độ giữa các không gian. Bạn hiếm khi tự tạo ma trận, chủ yếu dùng ma trận Unity cung cấp và hàm mul để nhân.

float4x4 objectToWorld = GetObjectToWorldMatrix();
float3 positionWS = mul(objectToWorld, float4(input.positionOS.xyz, 1.0)).xyz;

Hai dòng trên làm đúng việc của hàm TransformObjectToWorld(input.positionOS.xyz) trong URP. Trong thực tế cứ gọi hàm có sẵn cho gọn, nhưng biết bên trong là một phép mul sẽ giúp bạn đọc code người khác.

Ép kiểu và cảnh báo truncation

float4 col4 = float4(1, 0, 0, 1);
float3 col3 = col4;       // cảnh báo: implicit truncation of vector type
float3 ok   = col4.rgb;   // viết rõ ràng, không cảnh báo

HLSL tự cắt bớt thành phần thừa nhưng báo cảnh báo trong Console. Nên viết rõ .rgb hoặc .xyz để người đọc biết bạn cố ý.

Bài tập

Khai báo các biến cho một viên đạn phép trong shader, chọn float hay half cho hợp lý: vị trí trong thế giới, màu lõi đạn, độ sáng từ 0 tới 1, thời gian đạn đã bay, UV.

float3 bulletPosWS = float3(2, 1, 5);          // vị trí: float
half4  coreColor   = half4(0.4, 0.8, 1, 1);     // màu: half
half   glow        = 0.8;                       // hệ số 0..1: half
float  flightTime  = 12.5;                      // thời gian: float
float2 uv          = input.uv;                  // UV: float