【Unity3D】固定管线着色器一
1 前言着色器（Shader）是渲染管线中最重要的一环，Unity3D 底层基于 OpenGL 实现，读者可以通过 渲染管线 了解 Unity3D 渲染流程。
OpenGL 1.x 为固定管线，2.x 之后才支持可编程管线，Unity3D 固定管线着色器使用 ShaderLab 语言实现。ShaderLab 是 Unity Shader 的服务语言，是基于命令的语言。
每个游戏对象需要绑定至少一个材质（Material）才能渲染，即使材质为 None，系统也会绑定一个默认的材质。每个材质都需要绑定一个Shader，系统一般默认绑定 Standard Shader，用户也可以绑定到自定义的 Shader 上。当用户创建好 Material 和 Shader 后，选中 Material，在 Inspector 窗口通过如下方式绑定到自定义 Shader 上：
2 Shader 代码框架
在 Assets 窗口右键，依次选择【Create→Shader→Unity Shader】创建 Shader 脚本，其代码框架如下：
FixedShader.shader
Shader "MyShader/ShaderTest"{ Properties { // 定义外部属性 } SubShader { Pass { Color(1, 0, 0, 1) // 固定渲染颜色 } } Fallback "Diffuse"}
将 ShaderTest 绑定到一个 Material 上，并将该 Material 拖拽到一个 Cube 和 Sphere 游戏对象上，显示效果如下:
3 Shader 外部属性
1）定义外部属性
在 Properties 模块中可以定义外部属性如下：
Properties{ // 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值 _FloatValue ("浮点数", Float) = 0.4 _RangeValue ("浮点数范围", Range(0, 1)) = 0.5 _VectorValue ("四维数", Vector) = (1, 2, 3, 4) _ColorValue ("颜色", Color) = (1, 0, 0, 1) _Texture2D ("2阶贴图", 2D) = "white" {} _TextureRect ("非二阶贴图", Rect) = "white" {} _TextureCube ("立方体贴图", Cube) = "" {}}
选中绑定的 Material，查看 Inspector 窗口如下，用户可以在这里调整 Properties 里定义的变量的值。
2）使用外部属性
在 Pass 模块，用户可以通过 "[属性名]" 使用 Properties 里定义的变量，如下：
Pass{ Color Color(, , , )}
3）案例
FixedShader.shader
Shader "MyShader/ShaderTest"{ Properties { // 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值 _ColorR ("Color_R", Range(0, 1)) = 0.5 _ColorG ("Color_G", Range(0, 1)) = 0.5 _ColorB ("Color_B", Range(0, 1)) = 0.5 _ColorA ("Color_A", Range(0, 1)) = 0.5 } SubShader { Pass { Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // Alpha混合 Color(, , , ) } } Fallback "Diffuse"}
4）代码控制外部属性
在 MonoBehaviour 脚本组件中获取和保存 Shader 中变量值的方法如下：
private void GetColor() { // 获取颜色 color = meshRenderer.material.GetFloat("_ColorR"); color = meshRenderer.material.GetFloat("_ColorG"); color = meshRenderer.material.GetFloat("_ColorB"); color = meshRenderer.material.GetFloat("_ColorA");}private void SaveColor() { // 保存颜色 meshRenderer.material.SetFloat("_ColorR", color); meshRenderer.material.SetFloat("_ColorG", color); meshRenderer.material.SetFloat("_ColorB", color); meshRenderer.material.SetFloat("_ColorA", color);}
说明：_ColorR、_ColorG、_ColorB、_ColorA 是 Shader 中定义的 Range 类型外部属性。
5）代码控制纹理缩放和偏移
在 Shader 中定义 2D 类型外部属性，选中 Material 后，在 Inspector 窗口可以看到出现了 Tiling 和 Offset 属性，如下，这两个属性分别用于纹理缩放和偏移。
在 MonoBehaviour 脚本组件中设置纹理缩放和偏移的方法如下：
meshRenderer.material.SetTexture("_Texture2D", texture) // 设置纹理meshRenderer.material.SetTextureScale("_Texture2D", new Vector2(2, 2)) // 设置TilingmeshRenderer.material.SetTextureOffset("_Texture2D", new Vector2(Time.time, 0)) // 设置Offset
说明：_Texture2D 是 Shader 中定义的 2D 类型外部属性。
4 光照
光照原理见→Blinn改进的冯氏光照模型。
FixedShader.shader
Shader "MyShader/ShaderTest"{ Properties { // 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值 _AmbientColor ("环境光颜色", Color) = (1, 1, 1, 1) _DiffuseColor ("漫反射光颜色", Color) = (1, 1, 1, 1) _SpecularColor ("镜面反射光颜色", Color) = (1, 1, 1, 1) _EmissionColor ("自发光颜色", Color) = (1, 1, 1, 1) _Shininess ("光泽度", Range(0, 1)) = 0.5 } SubShader { Pass { Lighting On // 开启顶点光照 SeparateSpecular On // 开启镜面反射光照 Material { Ambient // 环境光颜色 Diffuse // 漫反射光颜色 Specular // 镜面反射光颜色 // Emission // 自发光颜色 Shininess // 光泽度, 用于调整镜面反射范围 } } } Fallback "Diffuse"}
选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口调整 Shader 中光照颜色，显示效果如下：
5 贴图
1）贴图简单应用
FixedShader.shader
Shader "MyShader/ShaderTest"{ Properties { // 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值 _Texture2D ("2阶贴图", 2D) = "white" {} } SubShader { Pass { SetTexture { Combine Texture } } } Fallback "Diffuse"}
选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口选择贴图图片，显示效果如下：
2）贴图与固定颜色混合
FixedShader.shader
Shader "MyShader/ShaderTest"{ Properties { // 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值 _ConstantColor ("固定颜色", Color) = (1, 1, 1, 1) _Texture2D ("2阶贴图", 2D) = "white" {} } SubShader { Pass { SetTexture { // 可以用"+"号, 也可以用"*"号, "+"号偏亮, "*"号偏暗, 可以使用Double(2倍数)、Quad(4倍)调整亮度 ConstantColor Combine Texture + Constant // Constant指上面的固定颜色 } } } Fallback "Diffuse"}
选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口选择贴图图片，并调整固定颜色，显示效果如下：
3）贴图与光照混合
FixedShader.shader
Shader "MyShader/ShaderTest"{ Properties { // 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值 _DiffuseColor ("漫反射光颜色", Color) = (1, 1, 1, 1) _Texture2D ("2阶贴图", 2D) = "white" {} } SubShader { Pass { Lighting On // 开启顶点光照 Material { Diffuse // 漫反射光颜色 } SetTexture { // 可以用"+"号, 也可以用"*"号, "+"号偏亮, "*"号偏暗, 可以使用Double(2倍数)、Quad(4倍)调整亮度 Combine Texture * Primary Quad // Primary指上面的Material } } } Fallback "Diffuse"}
选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口选择贴图图片，并调整漫反射颜色，显示效果如下：
4）多图混合
FixedShader.shader
Shader "MyShader/ShaderTest"{ Properties { // 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值 _MainTexture2D ("主贴图", 2D) = "white" {} _SecondTexture2D ("次贴图", 2D) = "white" {} } SubShader { Pass { SetTexture { Combine Texture } SetTexture { // 可以用"+"号, 也可以用"*"号, "+"号偏亮, "*"号偏暗, 可以使用Double(2倍数)、Quad(4倍)调整亮度 Combine Texture * Previous Double // Previous指上面的_MainTexture2D } } } Fallback "Diffuse"}
选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口选择 2 个贴图图片，显示效果如下：
5）多图渐变混合
FixedShader.shader
Shader "MyShader/ShaderTest"{ Properties { // 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值 _MainTexture2D ("主贴图", 2D) = "white" {} _SecondTexture2D ("次贴图", 2D) = "white" {} _Lerp ("插值", Range(0, 1)) = 0.5 } SubShader { Pass { SetTexture { Combine Texture } SetTexture { ConstantColor(0, 0, 0, ) Combine Texture lerp(Constant) Previous // Previous指上面的_MainTexture2D } } } Fallback "Diffuse"}
选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口选择 2 个贴图图片。
LerpController.cs
using UnityEngine;public class LerpController : MonoBehaviour { private MeshRenderer meshRenderer; private float lerp; private float increateSpeed = 0.15f; private void Start () { meshRenderer = GetComponent<MeshRenderer>(); lerp = meshRenderer.material.GetFloat("_Lerp"); } private void Update () { OperateLerp(); } private void OperateLerp() { // 操作插值 float ver = Input.GetAxis("Vertical"); if (Mathf.Abs(ver) > 0.1) { lerp = Camp(lerp + ver * increateSpeed * Time.deltaTime, 0, 1); meshRenderer.material.SetFloat("_Lerp", lerp); } } private float Camp(float value, float min, float max) { return Mathf.Max(Mathf.Min(value, max), min); }}
将 LerpController 脚本组件挂在 Cube 和 Sphere 上，运行后通过↑ ↓ 按键调整插值比例，效果如下：
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