这里是Shader的一块敲门砖

逆矩阵的求法
$[A\space I] = [I\space A^{-1}]\\ \begin{matrix} ...&1 & 0 & 0 \\ ...&0 & 1 & 0 \\ ...&0 & 0 & 1 \\ \end{matrix} => \begin{matrix} 1 & 0 & 0 &... \\ 0 & 1 & 0 &... \\ 0 & 0 & 1 &...\\ \end{matrix}$

正交矩阵

$MM^T = I\\ M^T = M^{-1}$

$正交矩阵 M = \begin{matrix} & \vec a &\\ & \vec b &\\ & \vec c &\\ \end{matrix} \vec a、 \vec b、 \vec c 单位矢量，互相垂直$

矩阵变换

基础变化矩阵

$\begin{matrix} {M}_{3*3} & {t}_{3*1} &\\ {0}_{1*3} & {1} &\\ \end{matrix}$

法线变换

若一个点T 的变换矩阵为M,则法线N的变换矩阵为M的逆转置矩阵
${T}_B{N}_B =(M{T}_A)(G{N}_A) = 0 \\ G = (M^{-1})^T = (M^{T})^{-1}\\ {T}_B = M{T}_A\\ {N}_B = (M^{-1})^T{N}_A$

Unity Shader

四种Shader

Standard Surface Shader 表面着色器模板（Unity后台转换为顶点/片元着色器）

Shader "Custom/NewSurfaceShader" {
	Properties {}
	SubShader {
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
		//[RenderSetup]
		CGPROGRAM
		ENDCG
	}
	FallBack "Diffuse"
}

Unlit Shader 顶点/片元着色器

Shader "Unlit/NewUnlitShader"
{
	Properties{}
	SubShader
	{
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
		LOD 100
		Pass
		{
			CGPROGRAM
			ENDCG
		}
	}
}

Image Effect Shader 屏幕后处理效果模板
Compute Shader 常规渲染流水线无关的计算

第一个Shader

Shader "Unlit/SimpleShader"
{
	SubShader
	{
		Pass
		{
				CGPROGRAM
				#pragma vertex vert
				#pragma fragment frag

				float4 vert(float4 v:POSITION):SV_POSITION
				{
					return UnityObjectToClipPos(v);//对顶点坐标进行了裁剪空间转换
				}

				fixed4 frag():SV_TARGET
				{
					return fixed4(1,1,0,1);
				}
				ENDCG	
		}
	}
}

vertex

声明了哪个函数包含顶点着色器代码

顶点着色器：逐顶点执行

fragment

声明了哪个函数包含了片元着色器代码

片元着色器：逐片元执行

顶点与片元的关系

在渲染管线中，GPU执行的开始便是顶点作色器，它的输入来自CPU,主要工作是 坐标转换和逐顶点光照，且可以为后续阶段输出数据

片元着色器作用于光栅化阶段，三角形遍历阶段会检查每个像素是否被三角网络覆盖，如果被覆盖的话就会生成一个片元。

光照

漫反射

${C}_{diffuse} = ({C}_{light}*{M}_{diffuse})\max(0,\vec N\cdot\vec L)$

_LightColor0.rgb * _Color.rgb * saturate(dot(worldNormal,worldLight))

半兰伯特模型（Half Lambert）

${C}_{diffuse} = ({C}_{light}*{M}_{diffuse})\max(0,\alpha(\vec N\cdot\vec L) + \beta)\\ \alpha,\beta \space 一般取0.5$

_LightColor0.rgb * _Color.rgb * (dot(worldNormal,worldLight)*0.5 + 0.5)

目的在于把[-1,1]映射到[0,1]，模型的背光面也会有明暗变化。因为普通漫反射会与0做比较。

高光反射光照模型(Phong)

${C}_{specular} = ({C}_{light}*{M}_{specular})\max(0,\vec v\cdot\vec r)^{{m}_{gloss}} \\ \vec r = \vec l-2(\vec n\cdot \vec l)\vec n$

Clight是入射光的颜色和强度，材质的高光反射系数Mspecular，视角方向V和反射方向R点乘的结果的光系数Mgloss次方

fixed3 reflectDir = normalize(reflect(worldLight,worldNormal));
				fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex));
				fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(viewDir,reflectDir)),_Gloss);

Blinn

${C}_{specular} = ({C}_{light}*{M}_{specular})\max(0,\vec n\cdot\vec h)^{{m}_{gloss}} \\ \vec h = \frac{\vec v + \vec l}{|\vec v + \vec l |}$

纹理

属性：_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
声明：
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
// float2 uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
float2 uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);//缩放与平移确定最终纹理坐标
float3 TexelsValue = tex2D(_MainTex,uv);//通过纹理坐标采样纹素值

纹理名_ST 代表纹理属性 ST(scale,translation)

X_ST.xy 代表缩放，X_ST.zw 代表平移

法线纹理

凹凸映射有两种方式：

高度纹理：颜色深浅表示凹凸

法线纹理：通过法线扰动方向确定凹凸

因为法线分量范围[-1,1] 像素的分量范围[0,1]
$normal = pixel*2-1$

模型空间的法线纹理

实现简单，直白，计算少。但得到的是绝对法线信息，仅可用于创建时的模型。

切线空间的法线纹理

自由度高，记录的是相对法线信息，适用于不同的网格。

可进行UV动画

可压缩。切线空间下法线纹理的Z方向总是正方向，因此可靠XY方向推导Z方向。

切线空间下的代码：

//把模型空间下切线方向，副切线方向，法线方向 排列得到模型空间到切线空间的旋转矩阵
//副切线由其他两个做叉乘得到，乘w 是为了区分方向（因为有两个）
// float3 binormal = cross(normalize(v.normal),normalize(v.tangent.xyz))*v.tangent.w;
// float3x3 rotation = float3x3(v.tangent.xyz,binormal,v.normal);
// TANGENT_SPACE_ROTATION;//内置宏,效果同上
TANGENT_SPACE_ROTATION;
//计算切线空间下的光线与视角
o.lightDir = mul(rotation,ObjSpaceLightDir(v.vertex)); //模型——>切线
o.viewDir = mul(rotation,ObjSpaceViewDir(v.vertex));

//计算切线空间下的法线坐标
fixed3 tangentLightDir = normalize(i.lightDir);
fixed3 tangentViewDir = normalize(i.viewDir);

fixed4 packedNormal = tex2D(_BumpMap,i.uv.zw);
fixed3 tangentNromalDir;
tangentNromalDir = UnpackNormal(packedNormal);//法线纹理设置成 normal map 后使用此方法
// tangentNromalDir.xy = (packedNormal*2 - 1)*_BumpScale;
tangentNromalDir.xy *= _BumpScale;
tangentNromalDir.z = 
sqrt(1-saturate(dot(tangentNromalDir.xy,tangentNromalDir.xy)));//根据xy推导z

渐变纹理

通过渐变纹理使漫反射轮廓鲜明。

原理是由半兰伯特而来，利用HalfLambert 使法线和光线的点积的范围变为了[0,1]，从而在UV上以halfLambert为坐标采样。

fixed halfLambert = 0.5*(dot(worldNormalDir,worldLightDir)) + 0.5;
fixed3 diffuseColor = tex2D(_RampTex,float2(halfLambert,halfLambert)).rgb * _Color.rgb;
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * diffuseColor;

遮罩纹理

遮罩纹理为我们提供了更为精确（像素级）地控制模型表面的各种性质。

例如：可以通过一张遮罩纹理的R通道的值来控制高光反射的强弱。

fixed specularMask = tex2D(_SpecularMark,uv).r * _SpecularScale;
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(i.worldNormal,blinnDir)),_Gloss) * specularMask;

所以，通过增加遮罩纹理，我们可以控制更多的表面属性。

透明

透明度测试

判断一个片元透明度满不满足条件从而进行舍去，保留的片元将于普通的不透明物体一起处理。无其他特殊开关，即物体要不就是纯透明，要不就是不透明。

clip(texColor.a - _Cutoff);
//当 a - 定义的系数 < 0 是将执行 discard 指令剔除该片元

透明度混合

真正意义上的半透明。它会将当前片元颜色于存储在颜色缓冲中点颜色进行混合。但此混合会关闭深度写入，所以必须要注意渲染顺序。