【Unity3D】顶点和片段着色器

pc8888888 · 发表于 2023-1-5 12:10

1 前言

上文介绍了渲染管线、固定管线着色器和表面着色器，如下：

渲染管线
固定管线着色器一
固定管线着色器二
表面着色器

固定管线着色器通过命令方式实现光照和贴图等效果，表面着色器通过给 SurfaceOutput 赋值实现光照、贴图和法线贴图等效果，它们都不用关注光照算法是如何实现的，只需要传值就行。
顶点和片段着色器给用户提供了更灵活的用法，但使用也更困难。另外，顶点着色器可以通过控制 MVP 矩阵变换实现对模型位置和姿态的控制。
2 固定颜色

在 Assets 窗口右键，依次选择【Create→Shader→Standard Surface Shader】创建 Shader 脚本，实现固定颜色 Shader 代码如下：
VFShader.shader
Shader &#34;MyShader/VFShaderTest&#34; {
Properties
{
      // 属性名 (&#34;面板显示名称&#34;, 类型) = 默认值
      _MainColor (&#34;显示颜色&#34;, Color) = (1, 0, 0, 1)
}

SubShader
{
      Pass
      {
         CGPROGRAM // CG语言的开始
         // 编译指令着色器名称函数名称
         #pragma vertex vert // 顶点着色器, 每个顶点执行一次
         #pragma fragment frag // 片段着色器, 每个像素执行一次
         // 导入头文件
         #include &#34;UnityCG.cginc&#34;

         // 声明属性变量, 必须与外部属性变量名称一致
         fixed4 _MainColor;

         // 顶点着色器, 输入模型坐标, 输出屏幕坐标
         half4 vert(half4 vertexPos: POSITION): SV_POSITION
         {
            // 将模型坐标转换为屏幕坐标
            return UnityObjectToClipPos(vertexPos); // 等价于: mul(UNITY_MATRIX_MVP vertexPos)
         }

         // 片段着色器, 输入模型坐标, 输出像素颜色
         fixed4 frag(): COLOR
         {
            return _MainColor;
         }

         ENDCG // CG语言的结束
      }
}

FallBack &#34;Diffuse&#34;
}
创建一个 Material，并将 ShaderTest 绑定到该 Material 上，如下：

   将该 Material 拖拽到一个 Cube 和 Sphere 游戏对象上。选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口调整 Shader 中固定颜色，显示效果如下：

3 光照

VFShader.shader
Shader &#34;MyShader/VFShaderTest&#34; {
Properties
{
      // 属性名 (&#34;面板显示名称&#34;, 类型) = 默认值
      _DiffuseColor (&#34;漫反射颜色&#34;, Color) = (1, 0, 0, 1)
}

SubShader
{
      Pass
      {
         Tags {&#34;LightMode&#34;=&#34;ForwardBase&#34;}
         CGPROGRAM // CG语言的开始
         // 编译指令着色器名称函数名称
         #pragma vertex vert // 顶点着色器, 每个顶点执行一次
         #pragma fragment frag // 片段着色器, 每个像素执行一次

         // 导入头文件
         #include &#34;UnityCG.cginc&#34;

         // 声明属性变量, 必须与外部属性变量名称一致
         fixed4 _DiffuseColor;

         struct appdata // 顶点函数输入结构体
         {
            half4 vertexPos: POSITION; // 顶点坐标
            half3 vertexNormal: NORMAL; // 顶点法线向量
         };

         struct v2f // 顶点函数输出结构体
         {
            half4 screenPos: SV_POSITION; // 屏幕坐标
            half3 screenNormal: Normal; // 屏幕法线向量
         };

         // 顶点着色器, 输入模型坐标, 输出v2f
         v2f vert(appdata data)
         {
            v2f o;
            o.screenPos = UnityObjectToClipPos(data.vertexPos); // 等价于: mul(UNITY_MATRIX_MVP, data.vertexPos)
            o.screenNormal = mul(half4(data.vertexNormal, 1), unity_WorldToObject).xyz; // 将顶点法线转换为屏幕法线
            return o;
         }

         // 片段着色器, 输入模型坐标, 输出像素颜色
         fixed4 frag(v2f input): COLOR
         {
            half3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0); <span class="c1">// 光源照射方向向量, 由顶点指向光源
            half3 normalDir = normalize(input.screenNormal);
            // return _DiffuseColor * saturate(dot(lightDir, normalDir)) + UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT; // Lambert光照模型
            return _DiffuseColor * (0.5 * dot(lightDir, normalDir) + 0.5) + UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT; // 半Lambert光照模型
         }

         ENDCG // CG语言的结束
      }
}

FallBack &#34;Diffuse&#34;
}
选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口调整 Shader 中光照颜色，显示效果如下：

4 贴图

VFShader.shader
Shader &#34;MyShader/VFShaderTest&#34; {
Properties
{
      // 属性名 (&#34;面板显示名称&#34;, 类型) = 默认值
      _MainTex (&#34;2阶贴图&#34;, 2D) = &#34;white&#34; {}
}

SubShader
{
      Pass
      {
         Tags {&#34;LightMode&#34;=&#34;ForwardBase&#34;}
         CGPROGRAM // CG语言的开始
         // 编译指令着色器名称函数名称
         #pragma vertex vert // 顶点着色器, 每个顶点执行一次
         #pragma fragment frag // 片段着色器, 每个像素执行一次

         // 导入头文件
         #include &#34;UnityCG.cginc&#34;

         // 声明属性变量, 必须与外部属性变量名称一致
         sampler2D _MainTex;

         struct appdata // 顶点函数输入结构体
         {
            half4 vertexPos: POSITION; // 顶点坐标
            half2 uv_MainTex: TEXCOORD0; // 纹理uv坐标
         };

         struct v2f // 顶点函数输出结构体
         {
            half4 screenPos: SV_POSITION; // 屏幕坐标
            half2 uv_MainTex: TEXCOORD0; // 纹理uv坐标
         };

         // 顶点着色器, 输入模型坐标, 输出v2f
         v2f vert(appdata data)
         {
            v2f o;
            o.screenPos = UnityObjectToClipPos(data.vertexPos); // 等价于: mul(UNITY_MATRIX_MVP, data.vertexPos)
            o.uv_MainTex = data.uv_MainTex;
            return o;
         }

         // 片段着色器, 输入模型坐标, 输出像素颜色
         fixed4 frag(v2f input): COLOR
         {
            return tex2D(_MainTex, input.uv_MainTex);
         }

         ENDCG // CG语言的结束
      }
}

FallBack &#34;Diffuse&#34;
}
选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口选择贴图图片，显示效果如下：

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