第三章 Unity Shader基础

APSchmidt 发表于 2022-7-19 08:50

1.Unity Shader概述

1.1 一对好兄弟：材质和Unity Shader

unity中需要配合使用材质(Material)和Unity Shader才能达到需要的效果。一个常见的流程是：
（1）创建一个材质；
（2）创建一个Unity Shader，并把它赋给上一步创建的材质；
（3）把材质赋给要渲染的对象；
（4）在材质面板中调整Unity Shader的属性，以得到满意的效果。
Unity Shader定义了渲染所需的各种代码（如顶点着色器和片元着色器）、属性（如使用哪些纹理）和指令（渲染和标签设置等），而材质则允许我们调节这些属性，并将其最终赋值给相应的模型。
1.2 Unity中的材质

要在 Unity 中绘制某物，必须提供描述其形状的信息以及描述其表面外观的信息。使用网格(Mesh)可描述形状，使用材质(Material)可描述表面的外观。材质包含着Shader对象。
1.3 Unity中的Shader

着色器程序，通常称为着色器，是在 GPU 上运行的程序。本质上是一个文本文件。必须和材质配合使用。
2. Unity Shader的基础：ShaderLab

什么是ShaderLab?
Unity Shader是Unity为开发者提供的高层级的渲染抽象层。在Unity中，所有的Unity Shader都是用ShaderLab来编写的。ShaderLab是Unity提供的编写Unity Shader的一种说明性语言。

一个Unity Shader的基本结构如下：
Shader &#34;ShaderName&#34;
{
Properties {//属性 }

SubShader {//显卡A使用的子着色器 }

SubShader {//显卡B使用的子着色器}

   Fallback&#34;VertexLit&#34;
} 3. Unity Shader的结构

3.1 给我们的Shader起个名字

每个Unity Shader第一行都需要通过Shader语义指定该Unity Shader的名字。例如：
Shader &#34;Custom/MyShader&#34; {}通过在字符串中添加（“/”），可以控制Unity Shader在材质面板中出现的位置。

3.2 材质和Unity Shader的桥梁：Properties

Properties语义块中包含了一系列属性(Property)，这些属性将会出现在材质面板中。其中Name是Shader中调用需要的属性，Display name是出现在材质面板山的名字，PropertyType则是属性的类型。
Properties {
Name (&#34;Display name&#34;, PropertyType) = DefaultValue
Name (&#34;Display name&#34;, PropertyType) = DefaultValue
//更多属性
}

Shader &#34;Custom/ShaderLabProperties&#34;{
Properties{
   // numbers and sliders
   _Int(&#34;Int&#34;,Int) = 2
   _Float(&#34;Float&#34;,Float) = 1.5
   _Range(&#34;Range&#34;,Range(0.0,5.0)) = 3.0
   // Colors and Vectors
   _Color(&#34;Color&#34;,Color) = (1,1,1,1)
   _Vector(&#34;Vector&#34;,Vector) = (2,3,6,1)
   // Textures
   _2D(&#34;2D&#34;,2D) = &#34;&#34;{}
   _Cube(&#34;Cube&#34;,Cube) = &#34;White&#34;{}
   _3D(&#34;3D&#34;,3D) = &#34;black&#34;{}
}
FallBack &#34;Diffuse&#34;
}3.3 重量级成员：SubShader

一个Unity Shader文件可以包含多个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。这种做法是为了支持Unity在不同的显卡上执行不同的渲染操作。

SubShader中定义了一系列Pass以及可选的状态和标签设置。一个Pass通道代表一个完整的渲染流程。所以Pass通道数目越少越好。
3.3.1 状态设置

状态设置的目的是为了设置渲染状态。渲染状态将会应用于目标SubShader下的所有的Pass通道，比如说各类测试的开关，合并模式的开关等。如果需要Pass通道差异化，则需要在Pass通道模块中进行单独的设置。
3.3.2 SubShader的标签
标签的结构如下：
Tags{&#34;TagName1&#34;=&#34;Value1&#34; &#34;TagName2&#34;=&#34;Value2&#34;}
状态设置是为了定义渲染状态，而标签设置是为了定义何时以及怎样渲染。

3.3.3 Pass语义块

我们可以定义名称，然后通过UsePass命令使用其它Shader中的Pass。
Usepass &#34;MyShader/MYPASSNAME&#34;由于Unity内部会把所有Pass的名称转换为大写，因此，使用UsePass命令时必须使用大写。
Pass通道同样可以设置标签和渲染状态：

除此之外，Unity Shader还支持一些特殊Pass：
Use Pass：可以用这个命令来赋值其他的Unity Shader中的Pass、
GrabPass：负责抓取屏幕并将结果存储在一张纹理中，以用于后续Pass的处理。
3.3.4 Fallback
紧跟在各个SubShader语义块后面，如果所有SubShader都不能运行，则使用这个默认Shader。

3.3.5 ShaderLab的其他语义
可以用CustomEditor语义来扩展编辑界面。
可以用Category来对UnityShader中的命令进行分组。
3.4 Unity的形式

3.4.1 表面着色器
表面着色器是Unity自己创造的一种着色器代码类型，但它的本质仍然是顶点着色器或者片元着色器，可以理解为Unity将表面着色器最终转化为了顶点/片元着色器。而表面着色器的意义在于为我们处理了很多光照细节。
表面着色器的代码定义是写在SubShader内的。

3.4.2 最聪明的孩子：顶点/片元着色器

顶点/片元着色器的代码定义是写在Pass通道内的，而非SubShader，原因是为了更高的灵活性，我们需要在每个Pass通道中自定义代码。
CG/HLSL语言。
3.4.3 被抛弃的角落：固定函数着色器
上面两种Unity Shader形式都使用了可编程管线。一些较旧的设备不支持可编程管线着色器。已逐渐被抛弃使用。
3.4.4 Unity Shader的选择
如果要和各种光源打交道，那么使用表面着色器最方便，但是要注意性能优化问题，尤其是在移动平台。
如果需要的光照数目很少，那么请使用顶点/片元着色器。
如果有很多自定义的渲染效果，那么请选择顶点/片元着色器。
3.5 答疑解惑

3.5.1 Unity Shader和CG/HLSL之间的关系
Unity Shader是用Shader Lab语言编写的，但对于表面着色器和顶点/片元着色器，我们可以在ShaderLab内部嵌套CG/HLSL语言来编写着色器代码。
通常CG代码块是位于Pass语义块内部的，如下所示：

3.5.2 GLSL
Unity Shader同样支持用GLSL进行编写，但是编写的产品则只能上架支持OpenGL的平台。

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