【Unity】HLSLPROGRAMでReflection Probeを反映させたい【URP】

自己紹介

HLSLシェーダーの魔導書を誕生日プレゼントにもらってシェーダーに入門した大学生。

今回の記事の背景

Build-in RenderPipeline時代のUnityは「CG言語」というものでシェーダーを書いていたそうです。
しかし、SRP(URP / HDRPの基盤)となってからは「HLSL言語」が推奨されています。
こちらのほうが最適化されているそうです。
詳しくは以下のQiitaをご覧ください。

一方で、ネットには今でもCG言語でかかれたものが多く、HLSL言語で書かれたものは比較的少ないです。

今回はHLSL言語を学ぶ過程で、せっかくならHLSL言語の記事を増やそうというノリで書いています。

本題

鏡面反射の実装でUnityではReflection Probeを使うことが多いと思います。（知らんけど）
ということで、それをHLSLで実装する方法です。

CG言語版はCAの矢野さんが書かれています。

Unityの環境

Unity : 2023.2.3f1
URP : 16.0.4

URPもうすぐRender Graphってやつで作り直されるらしいけどそれでも使えるよ…ね？

コード

Reflection.shader

Shader "Custom/Reflection"
{
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

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

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 WorldPos : TEXCOORD0;
                float3 worldNormal : TEXCOORD1;
                float3 pos : TEXCOORD2;
            };

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o = (v2f) 0;
                o.vertex = TransformObjectToHClip(v.vertex.xyz);
                o.worldNormal = TransformObjectToWorldNormal(v.normal, true);
                return o;
            }

            half4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                half3 worldViewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos - i.WorldPos);
                half3 reflectDir = normalize(reflect(-worldViewDir, i.worldNormal));

                half4 envCol = SAMPLE_TEXTURECUBE(unity_SpecCube0, samplerunity_SpecCube0, reflectDir);
                envCol.rgb = DecodeHDREnvironment(envCol, unity_SpecCube0_HDR);
                return envCol;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

こちらのコードは実はほぼコピペではあるのですが、ところどころ改良しています。

ポイント

ここからは上記で挙げた矢野さんの記事を参考にCG言語との差を見ていきたいと思います。

オブジェクト空間からスクリーン空間へ

ここは組み込み関数がUnityObjectToClipPosからTransformObjectToHClipに変更されています。

この関数はPackages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlslの中でincludeされている、Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Input.hlslでincludeされているPackages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/SpaceTransforms.hlslで定義されています。

遠すぎです。

同様にUnityObjectToWorldNormalもTransformObjectToWorldNormalに変更されています。

Reflection Probeのサンプリングの方法

ここが一番情報なくて困りました…
正直コードの通りとしかいいようがないです！

またDecodeHDREnviromentは、Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlslでincludeされているPackages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/GlobalIllumination.hlslでincludeされているPackages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/EntityLighting.hlslで実装されています。

とおおおおおおおおおおおおおいのよ全部

結果

このようにレンダリングされます。
（矢野さんに見習ってSceneビューで）

まとめ

組み込み関数のリファレンスが本当になくて、めちゃめちゃ大変。。。

これからもHLSLの記事を少しずつ世に増やして行ければと思ってます。
ではまた…！

参考にした記事