Unity5的Shader体系简析

ChuanXin · 发表于 2023-1-2 16:29

1.标准表面着色器（Standard Surface Shader）模板源码解析
在Unity中，我们若要实现新的表面着色器时，可以根据这个模板，进行一步添加子着色器和新的参数与特性。
这个Shader模板的脉络很清晰，先是定义一些属性，然后在SubShader中设置渲染模式，层次细节LOD的值，然后开启一个CG编程语言模块，写一些编译指令#pragma，声明一下变量让属性值在CG块中可见，定义输入结构，然后填充一下表面着色函数即可。注意：专门强调一句，SurfaceShader不能使用Pass，一使用就报错，我们直接在SubShader中实现和填充代码就可以了。
Standard Surface Shader模板详细注释的Shader代码如下：
//表面着色器内部包含很多内置函数计算    使用起来非常方便  适合新手
Shader &#34;Shader（名字）/Volume8/Surface Shader模板&#34;
{
   //------------------------------------【属性值】------------------------------------
   //添加需要shader需要属性
   Properties
   {
            //主颜色
            _Color(&#34;Color&#34;, Color) = (1,1,1,1)
            //主纹理
            _MainTex(&#34;Albedo (RGB)&#34;, 2D) = &#34;white&#34; {}
            //光泽度
            _Glossiness(&#34;Smoothness&#34;, Range(0,1)) = 0.5
            //金属度
            _Metallic(&#34;Metallic&#34;, Range(0,1)) = 0.0
   }

   //------------------------------------【子着色器】------------------------------------
   SubShader
   {
            //【注意：Surface Shader不能使用Pass，直接在SubShader中实现即可】

            //渲染类型设置：不透明（）
            Tags{&#34;RenderType&#34; = &#34;Opaque&#34; }

            //细节层次设为：200
            LOD200

            //===========CG着色器语言编写模块===========
            CGPROGRAM

            //编译指令：告知编译器表明着色函数的名称为surf
            //Standard表示光照模型为Unity标准版光照模型
            //fullforwardshadows表示在正向渲染路径中支持所有阴影类型
            #pragma surface surf Standard fullforwardshadows

            //编译指令: 指定着色器编译目标为Shader Model 3.0
            #pragma target 3.0

            //变量的声明
            sampler2D _MainTex;

            //表面输入结构体
            struct Input
            {
                  float2 uv_MainTex;//纹理坐标
            };

            //变量的声明
            half _Glossiness;
            half _Metallic;
            fixed4 _Color;

            //--------------------------------【表面着色函数】-----------------------------
            //输入：表面输入结构体
            //输出：Unity内置的SurfaceOutputStandard结构体
            //SurfaceOutputStandard原型如下：
            /*
                  struct SurfaceOutputStandard
                  {
                        fixed3 Albedo;                // 漫反射颜色
                        fixed3 Normal;                // 切线空间法线
                        half3 Emission;                //自发光
                        half Metallic;                         // 金属度；取0为非金属, 取1为金属
                        half Smoothness;          // 光泽度；取0为非常粗糙, 取1为非常光滑
                        half Occlusion;                // 遮挡(默认值为1)
                        fixed Alpha;                   // 透明度
                  };
            */
            //-----
            void surf(Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
            {
                  //【1】漫反射颜色为主纹理对应的纹理坐标，并乘以主颜色
                  fixed4c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
                  //【2】将准备好的颜色的rgb分量作为漫反射颜色
                  o.Albedo= c.rgb;
                  //【3】金属度取自属性值
                  o.Metallic= _Metallic;
                  //【4】光泽度也取自属性值
                  o.Smoothness= _Glossiness;
                  //【5】将准备好的颜色的alpha分量作为Alpha分量值
                  o.Alpha= c.a;
            }

            //===========结束CG着色器语言编写模块===========
            ENDCG
   }
   //备胎为漫反射
   FallBack&#34;Diffuse&#34;
}

2.无灯光着色器（Unlit Shader）模板源码解析
Unlit Shader，简单来说，就是直接采用漫反射纹理，不考虑场景中的任何灯光效果。使用无灯光着色器的话，也就不能使用任何镜面或者法线效果了。Unlit系的Shader基本原理和其他Shader无异，但是计算量更小，更快速，更高效。
下面一起看一下Unity为我们提供的无灯光着色器模板的代码
Shader &#34;无灯光着色器(Unlit Shader)模板&#34;
{
   //------------------------------------【属性值】------------------------------------
   Properties
   {
            //主纹理
            _MainTex(&#34;Texture&#34;, 2D) = &#34;white&#34; {}
   }

   //------------------------------------【子着色器】------------------------------------
   SubShader
   {
            //渲染类型设置：不透明
            Tags{ &#34;RenderType&#34;=&#34;Opaque&#34; }

            //细节层次设为：100
            LOD 100

            //--------------------------------唯一的通道-------------------------------
            Pass
            {
         //Always: 总是渲染；没有光照模式。
         //ForwardBase: 适用于前渲染、环境、主要方向灯、光/sh光和烘焙图。
         //ForwardAdd: 适用于前渲染，叠加每一盏灯，每一盏灯就多一个pass。
         //Deferred: 延迟渲染，渲染g缓冲区。
         //ShadowCaster:将物体深度渲染到阴影贴图或者深度纹理上。
         //PrepassBase: 用于传统的延迟光照，渲染法线和高光效果。
         //PrepassFinal:用于传统的延迟光照，通过结合文理、灯光、和法线来渲染最终的结果。
         //Vertex:当对象不是光映射时，用于遗留顶点的渲染，所有顶点灯都被利用。
         //VertexLMRGBM: 当对象被光映射时，在遗留的顶点上使用渲染，在LightMap是RGBM编码的平台上（pc和控制台）。
         //VertexLM: 当对象被光映射时，在遗留的顶点上使用渲染，在LightMap是双idr编码的（移动平台）平台上。

                  //===========开启CG着色器语言编写模块===========
                  CGPROGRAM

                  //编译指令:告知编译器顶点和片段着色函数的名称
                  #pragma vertex vert
                  #pragma fragment frag

                  //着色器变体快捷编译指令：雾效。编译出几个不同的Shader变体来处理不同类型的雾效(关闭/线性/指数/二阶指数)
                  #pragma multi_compile_fog
         //衰减与阴影的实现
         #include &#34;AutoLight.cginc&#34;//
            //fwdadd：ForwardBase的阴影显示，在下面的ForwardAdd里得用fwdadd；必须结合fallback，两者缺一不可

                  //包含头文件
                  #include&#34;UnityCG.cginc&#34;

                  //顶点着色器输入结构
                  struct appdata
                  {
                        float4 vertex : POSITION;//顶点位置
                        float2 uv : TEXCOORD0;//纹理坐标
                  };

                  //顶点着色器输出结构
                  struct v2f
                  {
                        float2 uv : TEXCOORD0;//纹理坐标
                        UNITY_FOG_COORDS(1)//雾
                        float4 vertex : SV_POSITION;//像素位置
                  LIGHTING_COORDS(3,4)//#include &#34;AutoLight.cginc&#34;

                  };

                  //变量声明
                  sampler2D _MainTex;
                  float4 _MainTex_ST;

                  //--------------------------------【顶点着色函数】-----------------------------
                  //输入：顶点输入结构体
                  //输出：顶点输出结构体
                  //---------------------------------------------------------------------------------
                  v2f vert (appdata v)
                  {
                        //【1】实例化一个输入结构体
                        v2f o;
                        //【2】填充此输出结构
                        //输出的顶点位置（像素位置）为模型视图投影矩阵乘以顶点位置,也就是将三维空间中的坐标投影到了二维窗口
                        o.vertex= mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                        //【3】用UnityCG.cginc头文件中内置定义的宏,根据uv坐标来计算真正的纹理上对应的位置（按比例进行二维变换）
                        o.uv= TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
               //点光源需要的衰减
               TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o)//#include &#34;AutoLight.cginc&#34;

                        //用UnityCG.cginc头文件中内置定义的宏处理雾效，从顶点着色器中输出雾效数据
                        UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);

                        //返回此输出结构对象
                        return o;
                  }

                  //--------------------------------【片段着色函数】-----------------------------
                  //输入：顶点输出结构体
                  //输出：float4型的像素颜色值
                  //---------------------------------------------------------------------------------
                  fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
                  {
                        //【1】采样主纹理在对应坐标下的颜色值
                        fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);

                        //【2】用UnityCG.cginc头文件中内置定义的宏启用雾效
                        UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord,col);

                        //【3】返回最终的颜色值
                        return col;
                  }


                  ENDCG
            }
   }
      //需要产生阴影       调用备用材质
         FallBack &#34;Diffuse&#34;
}

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[笔记] Unity5的Shader体系简析