Unity高级开发-Shader开发（3）-Shader编程

1、什么是shader程序:

一段规定好输入（颜色，贴图），输出（渲染器能够读懂的点和颜色的对应关系）的程序。

shader分类：

• 1、表面着色器： 为你做了大部分的工作，只需要简单的技巧即可实现很多不错的效果。(本篇介绍这个)
• 2、片断着色器： 可以做的事情更多，比较难写。 使用片段着色器的主要目的是可以在比较低的层级上进行更复杂（或者针对目标设备更高效）的开发。

2、shader的结构:

着色器：本身就是一段代码，专业性非常强的代码。就是指着色器有哪些输入。这些子着色器由运行的平台选择。它包含：1.属性定义、2.多个或者至少一个子着色器、3.还有一个处理后的结果即回滚。而回滚就是计算着色时，用来处理所有的子着色器不能运行的情况。

3、关于Shader脚本

3-1、创建一个自己的shader脚本

3-2、如何选择我们创建的shader

4、shader脚本介绍

4-1、Properties : 属性

• 数值和范围

name(“display name”, Range(min,max)) = number
name(“display name”, Float) = number
name(“display name”, Int) = number
name("display name", Rect) = "name"{ options }

这些定义一些数值属性，每个等号后面表示默认的取值，name是给开发者给这个值起的可以在代码中访问的名字，display name则是在材质面板上显示的名字

• 颜色和向量

name(“display name”,Color) = (number,number，number,number)
name(“display name”, Vector) =  (number,number，number,number)

定义颜色值RGBA和向量值（xyzw）,在Shader的数学中，是一样的。Color会在属性面板上出现一个可供用户使用的调色面板按钮。Vector则是在面板上出现可以填写数字的栏

• 贴图

name(“display name”, 2D) = number
name(“display name”, Cube) = number
name(“display name”, 3D) = number
 // 后面texGen 是纹理生成模式（ObjectLinear , SphereMap，CubeReflect，CubeNormal），一般自定义的shader不会使用这些模式
name(“display name”, 3D) = "white"{ texGen Eyeliner }

定义2D贴图，CubeMap和3D贴图，等号后面都是默认的图，都是空字符串或者是Unity定义的“white”,"black","gray","bump".

• 补充 Unity内定的一些属性列表： [HideInInspector] 不显示对应的属性值 [NoScaleOffset] 默认贴图面板带有tiling和offset属性，这个让它们不显示 [Normal] 该帖图放进来是法线图 [HDR] 该帖图期望是HDR的图 ，HDR:高动态光照渲染（High-Dynamic Range，简称HDR）图像

4-2、SubShader - 子着色器的实现

一个Shader中可以有多个SubShader（子着色器）实现，子着色器定义了一个渲染通道的列表，并可选是否为所有通道初始化所需要的通用状态。

SubShader
{
    Cull off // 双面显示
Blend One One
     Tags{"TagName1" = "Value1"
              "TagName2" = "Value2"
        }
  // 每一个SubShader必须要有一个Pass,可以有多个Pass，用来控制被渲染的几何体对象
  Pass{   // Pass里面就是整段渲染过程的实现
     
        }
}

• RenderState 渲染状态 通道设置显示硬件的各种状态，例如能打开alpha混合，使用雾等 Cull off/Back/Front // 双面显示/背面不显示/正面不显示 设置多边形剔除模式 ZTest（Less/Greater/LEqual/GEqual/Equal/NotEqual/Always）默认Lequal 设置深度写模式，是否次物体的像素深度会被记录（默认记录），半透明物体默认不记录 ZWrite On/off 开启alpha测试 AlphaTest（Less/Greater/LEqual/GEqual/Equal/NotEqual/Always） 设置alpha混合模式 () Blend SourceBlendMode DestBlendMode
  • Blend SourceBlendMode DestBlendMode 混合模式

编辑查看混合原理

右键显示源文件查看混合原理

image.png

• Fog{ Fog Block} 设置雾参数 Fog{Fog Commands} Mode Off/Global/Linear/Exp/Exp2 Color ColorValue Density FloatValue Range FloatValue

fog{
  Mode Linear
  Color(1,1,1,1)
  Density 1000
}

RenderState

• ColorMask RGB/A/0 设置颜色遮罩，0就是关闭所有颜色通道的渲染
• Offset offsetFactor ,offsetUnits ，设置深度偏移
• Color Color value 设置当顶点关照关闭时所使用的颜色
• SeparateSpecular On/Off 开启或关闭顶点光照相关的平行高光颜色
• ColorMaterial/AmbientAndDiffuse/Emission 当计算顶点光照时使用顶点颜色。
• Material{Material Block} 定义一个使用顶点光照管线的材质
• Lighting On/Off 开启或关闭顶点光照
• Tags 标签 标签主要是告诉硬件什么时候调用该着色器，比如操作手册，2：30后执行什么步骤，这就是标签。
  • 标签属性
    • 1：Rendering Order - Queue tag : 渲染队列，就是渲染顺序
      • Queue有四种选择 1-Background : 最早被调用，用来渲染天空盒或者背景 2-Geometry ： 默认值，用来渲染非透明物体（普通情况下，场景中的大部分物体就是非透明的） 3-Transparent ：用于渲染透明物体（从后往前的顺序渲染） 4-Overlay ： 最后渲染，用来渲染叠加效果（如镜头光晕等）
  • 2：RenderType tag : 渲染类型 主要告诉系统什么类型要怎么显示？ Opaque: 不透明，最常用（带法线贴图的,自发光的，反射，地形） Transparent:半透明物体(粒子，字体) TransparentCutout:透明遮罩shader Background:天空Shaders Overlay:GUITexture,Helo,Flare shaders TreeOpaque:枝干 TreeTransparentCutout:树叶 TreeBillboard: 树的面片，效果会好一些 Grass:草 GrassBillboard:草的面片
  • 3:其他标签 ForceNoShadowCasting tag 不产生阴影 IgnoreProjector tag 不被Projectors影响

  

我们在Unity中可以通过相机方法： RenderWithShader Render the camera with shader replacement.设置渲染shader SetReplacementShader Make the camera render with shader replacement. 设置渲染替换shader

4-3、SubShader - LOD 着色器的设定值

LOD:调整根据设备图形性能来调整画质时可以进行比较精确的控制。

关于
VertexLit及其系列 = 100
Decal, Reflective VertexLit = 150
Diffuse = 200
Diffuse Detail, Reflective Bumped Unlit, Reflective Bumped VertexLit = 250
Bumped, Specular = 300
Bumped Specular = 400
Parallax = 500
Parallax Specular = 600

如何进行质量设定？ http://www.ceeger.com/Components/class-QualitySettings.html

4-4、Input

Input其实是需要我们去定义的结构，这给我们提供了一个机会，可以把所需要参与计算的数据都放到这个Input结构中，传入surf函数使用；

UV mapping的作用是将一个2D贴图上的点按照一定规则映射到3D模型上，是3D渲染中最常见的一种顶点处理手段。 变量前面加一个uv_MainTex: 就代表提取它的uv值（其实就是两个代表贴图上点的二维坐标 ）, surf程序中直接通过访问uv_MainTex来取得这张贴图当前需要计算的点的坐标值了

4-5、surf

SurfaceOutput是已经定义好了里面类型输出结构，但是一开始的时候内容暂时是空白的，我们需要向里面填写输出，这样就可以完成着色了。先仔细看看INPUT吧，现在可以跳回来看上面定义的INPUT结构体了：

4-6、FallBack

Fallback Off    明确表示没有后援的shader
Fallback "name" 指定后援名字

4-7、Pass（通道）

Pass{[Name and Tags] [RenderSetup][TextureSetup]} Pass{[名字和设定标签][渲染设定][贴图设定]} SubShader里面的Tags是针对SubShader进行设定，而这里面的Tags是针对Pass（通道）做一些设定

• Tags 用来控制光照管道（环境光照，顶点光照和像素光照）中Pass的任务和一些其他选项。 LightMode tag 光照模式标签 Always:总是渲染，没有光照应用 ForwardBase:用于正向渲染，环境主要方向灯和电光/SH等的应用 ForwardAdd:用于正向渲染，附加的像素光被应用，每个光照一个Pass PrepassBase:用于延迟光照，渲染法线/镜面指数 PrepassFinal:用于延迟光照，通过结合纹理，光照和自发光渲染最终颜色。 Vertex：用于顶点光照渲染，当物体没有光照映射时，所有顶点光照被应用 VertexLMRGBM:用于顶点光照渲染，当物体有光照映射的时候使用顶点光照渲染。 VertexLM：用于顶点光照渲染，当物体有光照映射的时候使用顶点光照渲染 ShadowCaster：将物体当作阴影产生者来渲染 ShadowCollector:正向渲染对象的路径，将对象阴影收集到屏幕空间缓冲区中。

顶点着色器与片段着色器所有的代码要写在CGPROGRAM 与 ENDCG里面,顶点着色器返回的就是一个顶点信息，而像素着色器返回的就是一个Color值

Pass{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert   //预编译指令 表示是一个顶点光照的名字， vert是顶点光照方法的名字，下方的代码有这个函数
#pragma fragment frag // 预编译指令，表示是一个片段着色器名字，frag是片段着色器方法的名字，下面有这个函数的实现
ENDCG
}

• 预编译指令

为什么再次申明这个属性：

我们用来实例的这个shader其实是由两个相对独立的块组成的，外层的属性声明，回滚等等是Unity可以直接使用和编译的ShaderLab；而现在我们是在CGPROGRAM...ENDCG

这样一个代码块中，这是一段CG程序。对于这段CG程序，要想访问在Properties

中所定义的变量的话，必须使用和之前变量相同的名字进行声明。于是其实sampler2D _MainTex;

做的事情就是再次声明并链接了_MainTex，使得接下来的CG程序能够使用这个变量。

• Pragma Target 2.0 与Target 3.0,Target 3.5的区别 如果想让我们写的着色器代码在不同的GPU运行，那么使用2.0就好,这是通用的。

#pragma target 2.0
Works on all platforms supported by Unity. DX9 shader model 2.0.
Limited amount of arithmetic & texture instructions; 8 interpolators; no vertex texture sampling; no derivatives in fragment shaders; no explicit LOD texture sampling.

较高的着色器编译目标允许使用更现代的GPU功能 具体参考文档Unity User Manual (5.6)/Graphics/Graphics Reference/Shader Reference/Writing vertex and fragment shaders/Shader Compilation Target Levels Unity跨平台中，Shader可以通过根据平台来进行，不指定那么就会支持所有平台

属性中的Color和Vector对应CG中的float4类型 属性中的Range和Float对应CG中的Float类型 属性中的2D纹理对应CG中Sampler2D类型 属性中的CUBE和Rect纹理对应CG中SamplerCUBE 和 Sampler RECT类型 顶点数据的获取： appdata_base ：包含顶点位置，法线和纹理坐标 appdata_tan:包含顶点位置，切线，法线和纹理坐标 appdata_full:包含顶点位置，法线，两张贴图和纹理坐标，顶点颜色

Name    Value
UNITY_MATRIX_MVP    Current model * view * projection matrix. // 模型坐标系 * 观察坐标系 * 投影坐标系
UNITY_MATRIX_MV Current model * view matrix.
UNITY_MATRIX_V  Current view matrix.
UNITY_MATRIX_P  Current projection matrix.
UNITY_MATRIX_VP Current view * projection matrix.
UNITY_MATRIX_T_MV   Transpose of model * view matrix.
UNITY_MATRIX_IT_MV  Inverse transpose of model * view matrix.
_Object2World   Current model matrix.
_World2Object   Inverse of current world matrix.

5、参考文档

https://docs.unity3d.com/Manual/SL-SurfaceShaderExamples.html https://onevcat.com/2013/08/shader-tutorial-2/ http://www.tuicool.com/articles/JvYJ3em http://www.itnose.net/detail/6143450.html