技术美术成长之路——UnityShader篇（二）、Unity Shader

super1 · 发表于 2022-8-6 08:30

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开始正题：主要是学习记录，方便以后查阅，建议直接看书！
第三章、Unity Shader 基础

写过OpenGL和DirectX应该都知道，初始化跑起来程序就得几百行。而UnityShader就帮我们省去了这几百行，可以直接去写我们上一节说过的最核心的部分shader和渲染状态。这个东西就是Unity Shader。
1、Unity Shader 概述

shader和材质是相关联的。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/47163574

https://zhuanlan.zhihu.com/p/47163574

首先还是回到模型渲染上来，模型渲染需要shader来表示他是如何变换的，如何进行着色计算的。而材质，我们之前所说的材质，其实就是BRDF，也就是决定光是如何与物体表面进行作用的。
这里其实还是大致类似的，他把shader赋给材质，然后材质负责一个模型，这里材质也就是给拓宽了一下，可以说是负责物体渲染。
现在创建好了shader和材质，并且把shader给赋到了材质上，还创建了一个物体。

shader的这俩东西很重要！可以设置他的默认纹理。还有是否是固定功能，是否是表面shader。还有一些标签设置。针对固定功能或者表面着色器可以看他们被unity转化生成为顶点/片元着色器的代码。这里是顶点片元着色器就没有相关的show选项。而有一个compile and show code，这个可以看编译的代码。
2、shaderLab

也就是之前说的，unity帮我们提供了一个不需要关心杂七杂八的东西环境，只关心核心的shader和一些渲染状态设置。我们只需要去写Unity Shader。
而UnityLab就是写Unityshader的语言，他有他的语法定义。
这里面不仅仅是shader代码，还有嵌套在花括号内部的语义，把unityshader分成了几个部分。

3、unity shader的结构

Shader名字

我们的材质要绑定shader，而绑定方式之一就是从shader下拉框中找，而我们写好的shader应该在下拉框什么位置呢？就是这一句决定的额。
Shader &#34;Custom/MyShader&#34;这么写，custom是自定义的意思，这样我们自定义的都给放在里面。
property
在shader里property设置的东西会在材质面板中显式出来。就是在写shader的过程中，需要用到一些外面的数据，纹理等等的东西，这在DX中是常量缓冲区来实现的。
这里因为材质是负责整个渲染相关的东西的，所以在材质中显示出来这些量，然后我们设置这些量，shader会有一个变量名来引用这个变量，从而就实现了这种交互。
变量的名（用来在shader代码中引用该变量），显示在面板中的名，变量的类型，当然类似c++设置变量的时候还可以设置初始值。大致就这么一个形式。

Properties
{
      _Int (&#34;Int&#34;, Int) = 2
      _Float(&#34;Float&#34;,Float) = 3.4
      _Range(&#34;Range&#34;, Range(0.0, 5.0)) = 3.0

      _Color(&#34;Color&#34;, Color) = (1,1,1,1)
      _Vector(&#34;Vector&#34;, Vector) = (2,3,6,1)

      _2D(&#34;2D&#34;, 2D) = &#34;&#34;{}
      _Cube(&#34;Cube&#34;, Cube) = &#34;white&#34;{}
      _3D(&#34;3D&#34;, 3D) = &#34;black&#34;{}
}

这里的color和vector都是4个分量的。
对于2D，cube，3D这三个初始化的时候，最后需要加一个{}。同时引号里面写的是自己准备的纹理名字，要么就是内置的纹理名字。看图可以看出来，分别表示的是2D纹理，cubeMap的纹理，和3D纹理。

对于变量的名字，我们定义用来引用该变量，虽然我们在property定义了，但是不能直接用，需要再定义一下。当然普通变量，非交互性的变量，就不必在property中定义了。
所以property的作用，总的来说就是在材质面板中显示出来，同时可以进行赋值。
SubShader
一个SubShader会包含渲染需要的一套东西，可以有多套，有时候由于硬件平台原因，第一个不能跑可以换下一个，从前往后判断，直到最后有个兜底的fallback
这个玩意的语法：

pass可以有多个，但是多了会性能下降，尽量少。pass内部定义了完整的渲染流程。
状态就是渲染状态

渲染状态设置后，在他后面的所有的shader都是用这个渲染状态去执行，除非出现一个新的渲染状态，这个东西可以写在pass外面，也可以写在pass里面。之前说过，渲染状态的切换CPU很慢，可能会拖后腿，所以没事就少换。
标签是一个键值对的形式，同时键和值都是字符串，也是进行渲染时候的一些设置。

有点看不懂。。。

pass
他的结构：

名字是当别的shader想要用当前shader里的pass时，可以直接叫名字。

这里需要注意在叫pass的名字的时候，需要改成大写的，他才能叫的应，因为他起的名字是小写的，登记的时候unity搞成了大写的，你想让unity帮你叫他，得叫大写的。
pass内部可以有状态设置，刚刚说了。
pass内部还可以有标签，但是不同于外部的标签。也是关于一些渲染的设置的。

上边是关于SubShader的结构，而在几个subshader最后，会有一个Fallback，他的作用：上边subshader都不能用的时候，说明这整个unity shader就废了，所以这里需要指定一个unity shader，指定一个最低级的：

这里的name就是指定一个低级的，而Off就是直接摆烂，跑不了就不跑了。

这个有点看不明白，到阴影再说吧。

https://www.zhihu.com/column/unityTA

4、unity的形式

其实到着，关于subshader中的标签和状态，以及pass中的标签，这些都是对于渲染状态的设置和相关选项的设置。那我们关心的另外一个东西，shader还没有出现。也就是下面要说的了：
表面着色器
这个可以理解为对于顶点+片元着色器的更高一层的抽象。

这个东西写在SubShader内部。不需要卸载pass内部。多了一层pass，其实就是多了一些渲染状态设置，和几个使用多个pass相关的东西，但是unity把这些事都帮我们做好了。所以不需要写在pass里面。表面着色器实际上会被unity转化成一个包含多个pass的顶点/片元着色器。（可以在unity Shader的导入设置面板中show generated code看到。）
这里我们开始写真正的Shader了，虽说这个是更抽象一层的，但是他也是真正的shader，那么我们就应该用shader语言来写，现在处在的是shaderlab语言下，我们做一个区分，就是：把真正的shader代码（用HLSL/CG写的）写在CGPROGRAM 和 ENDCG之间。
这里写的HLSL/CG和真正的HLSL/CG略有差异，毕竟这里是在unity里面，可能略有更改或者一些不支持。
其实这个表面着色器并不是我们关心的重点，重点在于下面的：
顶点/片元着色器
这个就是我们最开始在GPU渲染流程中提到的了。

这个也是有类似的CGPROGRAM和ENDCG的。这个需要写在pass内部，因为这个就不让unity帮我们干太多活了，这样可以让我们主动性更强，程序也更加灵活。
对于不可编程的管线来说，有一个叫固定函数着色器，他都退出历史舞台了，不管了。
针对上边的shader，我们关心的是顶点/片元着色器。
6、相关解释

UnityShader != 真正的shader
UnityShader把多个shader包含在内，包含了渲染状态的设置，对于输入交互数据，这里直接搞到了材质面板中来完成。
unity对于一些高级的shader，曲面细分等等的支持的就相对差。

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