Unity Shader入门精要——第3章 Unity Shader基础_unity material shader

Unity Shader入门精要读书笔记系列

第1章 欢迎来到Shader的世界
第2章 渲染流水线
第3章 Unity Shader基础

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前言

通过前面的章节我们知道，Shader其实就是渲染流水线中的某些特定阶段。
例如顶点着色器阶段、 片元着色器阶段等。
在编写着色器代码时，如果每次都需要手动设置渲染状态，代码将会变得复杂而冗长。
Unity这类编辑器能够让开发者更轻松地管理着色器代码以及渲染设置（如开启／关闭混合、深度测试、设置渲染顺序等）

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Unity Shader概述

材质（Materials）

材质指的是物体的质地，指的是色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等等。
Unity通过材质与网格（Mesh）或粒子渲染器（Particle Renderers）结合，呈现出不同的游戏对象。
材质可以看作某一个Shader 的实例。

Unity中的Shader模板

Standard Surface Shader：一个包含了标准光照模型的表面着色器模板。
Unlit Shader：一个不包含光照（但包含雾效）的基本的顶点／片元着色器模板。
Image Effect Shader ：各种屏幕后处理效果（详见第12章）的基本模板。
Compute Shader：一种特殊的Shader文件，这类Shader旨在利用GPU的并行性来进行一些与常规渲染流水线无关的计算，不在本书的讨论范围内。

Standard Surface Shader：包含了标准光照模型的表面着色器模板；
Unlit Shader：不包含光照（但包含雾效）的基本的顶点/片元着色器；
Image Effect Shader：屏幕后处理效果的模板；
Compute Shader：利用GPU的并行性来进行一些与常规渲染流水线无关的计算；
Ray tracing shader：光追着色器；

Unity Shader的基础：ShaderLab

Unity为用户封装了一套说明性语言ShaderLab，在背后Unity会根据使用的平台将其翻译成真正的代码和Shader文件，开发者只需要和Unity Shader打交道。

shader命名

通过Shader + 字符串的形式。
当为材质选择使用的Unity Shader时，这些名称就会出现在材质面板的下拉列表里。

Shader "Custom/MyShader"
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属性Properties

属性是材质和Shader沟通的桥梁，Properties定义的属性会出现在材质面板中。

	Properties
    {
        // Name ("display name", PropertyType) = DefaultValue;

        // Numbers and Sliders
        _Int ("IntValue", Int) = 2
        _Float ("FloatValue", Float) = 1.5
        _Range ("RangeValue", Range(0.0, 5.0)) = 3.0

        // Colors and Vectors
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _Vector ("Vector", Vector) = (2,3,6,1)

        // Textures
        _2D ("2DTex", 2D) = "" {}
        _Cube ("Cube", Cube) = "white" {}
        _3D ("3DTex", 3D) = "black"{}
    }
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将Shader挂载到材质上，可以在材质面板编辑属性。

SubShader

每一个Unity Shader可以包含多个SubShader语义块，但最少要有一个。 当Unity需要加载这个Unity Shader时，Unity会扫描所有的SubShader语义块， 然后选择第一个能够在目标平台上运行的SubShader。 如果都不支持的话， Unity就会使用Fallback语义指定的Unity Shader。

    SubShader
    {
        // 可选的
        [Tags]

        // 可选的
        [RenderSetup]

        Pass
        {
        }
        // Other Passes
    }
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SubShader中定义了 一系列Pass以及可选的状态([RenderSetup])和标签([Tags])设置。 每个Pass定义了一次完整的渲染流程， 但如果Pass的数目过多， 往往会造成渲染性能的下降。 因此， 我们应尽量使用最小数目的Pass。状态和标签同样可以在Pass声明。 不同的是，SubShader中的一些标签设置是特定的。 也就是说， 这些标签设置和Pass中使用的标签是不一样的。 而对于状态设置来说，其使用的语法是相同的。 但是， 如果我们在SubShader进行了这些设置， 那么将会用于所有的Pass。

状态设置

										常见的RenderSetup选项
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SubShader的标签

以字符串键值对的形式：

Tags {"Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent" "DisableBatching"="True"}
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										SubShader 的标签类型
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上述标签只能在SubShader块中声明，不能在Pass块中声明。

										Pass的标签类型
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除了上面普通的 Pass 定义外， Unity Shader 支持一些特殊的 Pass, 以便进行代码复用或实现更复杂的效果。
UsePass: 可以使用该命令来复用其他 Unity Shader 中的 Pass。
GrabPass: 该Pass负责抓取屏幕并将结果存储在 张纹理中，以用于后续的 Pass 处理。（详见10.2节）

Fallback

如果一块显卡跑不了上面所有的 SubShader，就跑这个最低级Shader

FallBack "Shader Name" // 或者 FallBack  Off
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其他语义

使用 CustomEditor 语义来扩展材质面板的编辑界面。
使用 Category 语义来对 Unity Shader 中的命令进行分组。

Unity Shader的形式

表面着色器

表面着色器在SubShader语义块中编写。其本质上是顶点／片元着色器，它是Unity 在顶点／片元着色器上层为开发者提供的一层抽象封装，但在背后， Unity 还是会把它转化一个包含多 Pass 的顶点／片元着色器。可以在 Unity Shader 的 Import Setting 面板中点击 Show generated code 来查看其生成的真正代码。

Shader "Custom/SimpleSurfaceShader"
{
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }

        CGPROGRAM
        // 使用兰伯特光照模型
        #pragma surface surf Lambert

        struct Input
        {
            float4 color : COLOR;
        };
        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
        {
            o.Albedo = 1;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

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顶点着色器、片元着色器

在Pass语义中编写。

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Custom/SimpleVertexFragmentShader"
{
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            float4 vert (float4 v : POSITION) : SV_POSITION
            {
                return UnityObjectToClipPos(v);
            }

            fixed4 frag () : SV_Target
            {
                return fixed4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

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另外还有固定函数着色器，我们需要完全使用 ShaderLab 的语法(即使用 ShaderLab 的渲染设置命令）来编写。目前已经逐渐抛弃。

Shader "Tutorial/Basic"
{
	Properties {
		_Color ("Main Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
	}
    SubShader
    {
        Pass
        {
        	Material {
        		Diffuse [_Color]
        	}
        	Lighting On
        }
    }
}

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使用建议：
如果你想和各种光源打交道，你可能更喜欢使用表面着色器 ，但需要小心它在移动平台的性能表现。
如果你需要使用的光照数目非常少，例如只有单个平行光，那么使用顶点／片元着色器是个更好的选择。
最重要的是，如果你有很多自定义的渲染效果，那么请选择顶点／片元着色器。