图1：在Unity内将sphere细分后
图2：在Unity内将sphere细分后
unity的shader在哪儿？Unity官网关于细分着色器的资料比较少，只有在Surface Shader中使用的例子。我看了下Surface Shader的generated code，总结出如何在Unity顶点与片段着色器中写hull shader和domain shader并实现基本的Tessellation细分功能。
首先看一下Unity Shader的4个可编程着色器的执行顺序：
再进一步分解Tessellation shader的结构：
再看一下Tessellation中两个可编程的Shader：
#pragma hull hsUnityTessellationFactors hsconst (InputPatch<InternalTessInterp_appdata,3> v) {UnityTessellationFactors o;float4 tf;tf = float4(4.0f,4.0f,4.0f,4.0f);o.edge[0] = tf.x; o.edge[1] = tf.y; o.edge[2] = tf.z; o.inside = tf.w;return o;}[UNITY_domain("tri")][UNITY_partitioning("fractional_odd")][UNITY_outputtopology("triangle_cw")][UNITY_patchconstantfunc("hsconst")][UNITY_outputcontrolpoints(3)]InternalTessInterp_appdata hs (InputPatch<InternalTessInterp_appdata,3> v, uint id : SV_OutputControlPointID) {return v[id];}
细分控制着色器起到一个数据传递的作用，通过上面五个特性对数据进行配置，其中最主要的作用是要计算Tessellation factor，这个值决定几何图元如何进行细分。特性[UNITY_patchconstantfunc(“hsconst”)]指明计算factor的方法，然后在方法hsconst中计算每个边的Tessellation factor和内部的Inside Tessellation factor，Unity在Lighting.cginc内对UnityTessellationFactors包了一层（针对三角形图元），此float4向量的前三个标量为周长Tessellation factor，最后一个为Inside Tessellation factor。
#ifdef UNITY_CAN_COMPILE_TESSELLATION
struct UnityTessellationFactors {float edge[3] : SV_TessFactor;float inside : SV_InsideTessFactor;
};
#endif // UNITY_CAN_COMPILE_TESSELLATION
说一下factor与细分规则。边的细分比较简单，三角形的边上会根据Tessellation factor产生细分点，例如Tessellation factor=3，那么某个边上会出现两个细分点将边分为三段。例如下图周长Tessellation factor分别为3，5，2。相对的，左边分为了三段，底边分为了5段，右边分为了2段。
内部细分分为两种情况，如果Inside factor等于偶数，那么在三角形正中心会出现一个细分点，如果等于奇数中心没有细分点。内部细分的规则是，从三角形的一角出发，每次连接紧挨着的内部三角形的一个角或是一边或是中心细分点，算作将内部分为一段。
例如上图，Inside factor=3，没有中心细分点，从左下角出发连接中心三角形一角，再出发连接中心三角形右手边，再出发连接外部三角形右手边，这样完成了对内部的三段细分。
如果inside factor为4，既是偶数时，三角形中心点会出现一个细分点，从左下角出发连接中心三角形一角，再出发连接中心细分点，再出发连接中心三角形右手边，再出发连接外部三角形右手边，这样完成了对内部的四段细分。 所以视觉上与上图一样，依然还是两个三角形（但是连接所有细分点后产生的细分线不同）。具体细分的规则细节请查看MSDN或OpenGL资料）。
细分着色器除了可用于三角形，也可用于四边形和线段（正常情况下Unity网格上的默认图元都是三角形，C#中可以手动更改Mesh.Topology以改变图元），这种情况下需改写Lighting.cginc内UnityTessellationFactors的向量长度以适应相对的几何图元，MSDN的语意与数据格式说明：
SV_TessFactor //边，周长
Type Input Topology
float[4] quad patch //四边形
float[3] tri patch //三角形
float[2] isoline //线段SV_InsideTessFactor //内部
Type Input Topology
float[2] quad patch
float tri patch
unused isoline
如果需要对非三角形图元细分，根据以上改写UnityTessellationFactors即可。
UNITY_patchconstantfunc定义声明好了，Tessellation factor确定后，由于是float，而根据细分规则可以看出细分只与整数有关，所以下一步需要决定如何对factor进行舍入。特性[UNITY_partitioning(“fractional_odd”)]决定舍入规则，fractional_odd意为factor截断在[1,max]范围内，然后取整到小于此数的最大奇数整数值。周长会被划分为n-2的等长部分，以及两个位于两端的部分（可能比中间部分更短）。另外两种舍人方式equal_spacing与even_spacing的具体解释可看OpenGL相关文档。注意，就算是factor赋值没有小数部分，在这里仍然会按相应的方式被舍入。例如本文最开始处的图2，实际上quad进行的是factor为（4，4，4，4）的细分，由于舍入方式是fractional_odd，实际上每个边都被分为了5段。
特性[UNITY_domain(“tri”)]指明输入进hull shader的图元是三角形。
特性[UNITY_outputtopology(“triangle_cw”)]决定图元的朝向，由组成三角形的三个顶点的顺序所产生的方向决定，cw为clockwise顺时针，ccw为counter clockwise逆时针。
特性[UNITY_outputcontrolpoints(3)]应为hull shader输出的outputpatch中的顶点数量。
#pragma domain ds[UNITY_domain("tri")]v2f ds (UnityTessellationFactors tessFactors, const OutputPatch<InternalTessInterp_appdata,3> vi, float3 bary : SV_DomainLocation) {appdata v;v.vertex = vi[0].vertex*bary.x + vi[1].vertex*bary.y + vi[2].vertex*bary.z;v.tangent = vi[0].tangent*bary.x + vi[1].tangent*bary.y + vi[2].tangent*bary.z;v.normal = vi[0].normal*bary.x + vi[1].normal*bary.y + vi[2].normal*bary.z;v.texcoord = vi[0].texcoord*bary.x + vi[1].texcoord*bary.y + vi[2].texcoord*bary.z;v2f o = vert (v);return o;}
细分计算着色器负责计算由hull shader传入的细分顶点的位置，以及空间转换（也可选择延后到几何shader中转换）。
特性[UNITY_domain(“tri”)]决定了输入数据SV_DomainLocation的类型，不同类型图元使用不同长度的向量：
SV_DomainLocation
Type Input Topology
float2 quad patch //xy坐标
float3 tri patch //重心坐标
float2 isoline //xy坐标
由于三角形的特殊性无法用xy坐标定位，三角形中SV_DomainLocation为三角形的重心坐标既是上面的float3 tri patch（重心坐标原理可看前文）。之前的hull shader根据UnityTessellationFactors进行细分后，每个细分顶点都会有一个自己的SV_DomainLocation，一组重心坐标，根据重心坐标可对每个顶点的数据进行重新定位，例如三角形细分顶点的位置的算法如下：
v.vertex = vi[0].vertex*bary.x + vi[1].vertex*bary.y + vi[2].vertex*bary.z;
再进行空间转换到Clip空间，就可以输出到fragment shader片元着色器处进行最终渲染了（案例中是回头借用了顶点着色器）。
案例代码如下：
Shader "Unlit/Tessellation"
{Properties{_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}}SubShader{Tags { "RenderType"="Opaque" }LOD 100Pass{CGPROGRAM#pragma vertex tessvert#pragma fragment frag#pragma hull hs#pragma domain ds#pragma target 4.6#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"struct appdata{float4 vertex : POSITION;float4 tangent : TANGENT;float3 normal : NORMAL;float2 texcoord : TEXCOORD0;};struct v2f{float2 texcoord:TEXCOORD0;float4 vertex : SV_POSITION;float4 tangent : TANGENT;float3 normal : NORMAL;};struct InternalTessInterp_appdata {float4 vertex : INTERNALTESSPOS;float4 tangent : TANGENT;float3 normal : NORMAL;float2 texcoord : TEXCOORD0;};sampler2D _MainTex;float4 _MainTex_ST;InternalTessInterp_appdata tessvert (appdata v) {InternalTessInterp_appdata o;o.vertex = v.vertex;o.tangent = v.tangent;o.normal = v.normal;o.texcoord = v.texcoord;return o;}v2f vert (appdata v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.texcoord = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);return o;}UnityTessellationFactors hsconst (InputPatch<InternalTessInterp_appdata,3> v) {UnityTessellationFactors o;float4 tf;tf = float4(4.0f,4.0f,4.0f,4.0f);o.edge[0] = tf.x; o.edge[1] = tf.y; o.edge[2] = tf.z; o.inside = tf.w;return o;}[UNITY_domain("tri")][UNITY_partitioning("fractional_odd")][UNITY_outputtopology("triangle_cw")][UNITY_patchconstantfunc("hsconst")][UNITY_outputcontrolpoints(3)]InternalTessInterp_appdata hs (InputPatch<InternalTessInterp_appdata,3> v, uint id : SV_OutputControlPointID) {return v[id];}[UNITY_domain("tri")]v2f ds (UnityTessellationFactors tessFactors, const OutputPatch<InternalTessInterp_appdata,3> vi, float3 bary : SV_DomainLocation) {appdata v;v.vertex = vi[0].vertex*bary.x + vi[1].vertex*bary.y + vi[2].vertex*bary.z;v.tangent = vi[0].tangent*bary.x + vi[1].tangent*bary.y + vi[2].tangent*bary.z;v.normal = vi[0].normal*bary.x + vi[1].normal*bary.y + vi[2].normal*bary.z;v.texcoord = vi[0].texcoord*bary.x + vi[1].texcoord*bary.y + vi[2].texcoord*bary.z;v2f o = vert (v);return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{return fixed4(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f);}ENDCG}}
}附：
Tessellation对GPU有一定要求，有些显卡不支持这一功能（模型会显示粉色，但不会报错），具体请看Unity官方文档。
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参考：
OpenGL编程指南—Khronos Group
MSDN Reference for HLSL
日志：
2017-7-13：更改错字
2020-2-27：review
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