在Shader编程里，smoothstep是一个相当常用的函数，其主要作用是在两个指定的值之间生成平滑的过渡。下面为你详细介绍：

Shader "ShaderLearning/Shader09"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        // No culling or depth
        Cull Off ZWrite Off ZTest Always

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            v2f vert(appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }

            sampler2D _MainTex;

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                float r = smoothstep(0.25, 0.75, i.uv.x);
                return fixed4(r, 0, 0, 1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

函数定义

在GLSL（OpenGL Shading Language）和HLSL（High-Level Shading Language）中，smoothstep函数的定义如下：

float smoothstep(float edge0, float edge1, float x);
vec2 smoothstep(vec2 edge0, vec2 edge1, vec2 x);
vec3 smoothstep(vec3 edge0, vec3 edge1, vec3 x);
vec4 smoothstep(vec4 edge0, vec4 edge1, vec4 x);

此函数接收三个参数：

• edge0：过渡的起始值。
• edge1：过渡的结束值。
• x：需要进行计算的输入值。

工作原理

smoothstep函数会依据输入值x，在edge0和edge1之间生成平滑的过渡。具体而言，其工作原理如下：

• 当x <= edge0时，函数返回0.0。
• 当x >= edge1时，函数返回1.0。
• 当edge0 < x < edge1时，函数会返回一个介于0.0和1.0之间的值，该值由平滑的三次多项式决定。

示例代码

以下是一个简单的GLSL片段着色器示例，展示了smoothstep函数的使用：

#version 330 core

out vec4 FragColor;

void main()
{
    // 定义过渡的起始和结束值
    float edge0 = 0.2;
    float edge1 = 0.8;
    
    // 获取当前片段的归一化坐标
    vec2 uv = gl_FragCoord.xy / vec2(800, 600);
    
    // 使用smoothstep函数生成平滑过渡
    float value = smoothstep(edge0, edge1, uv.x);
    
    // 设置片段颜色
    FragColor = vec4(value, value, value, 1.0);
}

代码解释

• 首先，定义了过渡的起始值edge0和结束值edge1。
• 接着，获取当前片段的归一化坐标uv。
• 然后，使用smoothstep函数在edge0和edge1之间根据uv.x生成平滑过渡的值。
• 最后，将该值作为颜色的RGB分量，设置片段颜色。

应用场景

smoothstep函数在Shader编程中有广泛的应用，例如：

• 抗锯齿：在绘制线条或形状时，使用smoothstep可以实现平滑的边缘过渡，从而减少锯齿现象。
• 渐变效果：可以创建平滑的颜色渐变，如从一种颜色过渡到另一种颜色。
• 遮罩效果：根据某个条件生成平滑的遮罩，实现逐渐显示或隐藏的效果。

通过合理运用smoothstep函数，你能够在Shader中创建出各种平滑的过渡效果。