Shader学习笔记
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相关视频 Siki Shader着色器
什么是OpenGL、DirectX
CPU不直接与GPU交互，需要通过一些接口来进行交互
shader可以认为是一种渲染命令 ，由opengl 或者dx进行解析，来控制渲染丰富多彩的图形。
编写Shader语言
OpenGL 使用GLSL 编写shader
DirectX 使用HSSL 编写shader
英伟达 CG 编写shader（跨平台） 使用
使用ShaderLab来编写Unity中Shader
ShaderLab是CG的封装
Unity Shader 分类
1. 表面着色器 Surface Shader
2. 顶点/片元着色器 Vertex/Fragment Shader（功能强大，但是相对比较上一个编写较复杂）
3. 固定函数着色器 Fixed Function Shader（已弃用）
当光源比较多的时候，推荐使用表面着色器
Properties属性值简介
属性值（property）定义的形式：
_Name(“Displayed Name”,type) = default value[{options}]
- _Name 属性值的名称，是在shader代码内部使用的，区别于下面的Displayed Name，后者是在Inspector 面板上显示的，作为外界（用户）的输入提示。
- Displayed Name 呈现在材质编辑器中的属性值名称，在Inspector面板上显示。
- type 属性值的类型，包括:
Color – 表示纯色，使用了RGBA表示法
2D – 代表尺寸为2的幂次的纹理(如2,4,8,16…256,512)
Rect – 代表纹理(texture)，不同于上面的纹理，此处纹理的大小不一定是2的幂次。
Cube – 用于3d中的cube map，经常提到的天空盒就是使用了cube map。
Range(min, max) – 在min和max之间的一个值，在面板中可用滑动条改变其值大小。
Float – 任意一浮点数。
Vector – 4维向量值，本质就是4个浮点数组成的类型。 - default value 属性值的初始值，就相当于你的变量初始化的那个值。
Color – (red,green,blue,alpha) 使用了RGBA这种格式的颜色，alpha指的是透明度– 比如 (1,1,1,1)
2D/Rect/Cube – 纹理的类型，上面已经介绍过了。初始化值可以使一个空字符串，或者”white”, “black”, “gray”, “bump”(说明此纹理是一个凹凸纹理)
Float/Range – 这个没啥说的，跟浮点数初始化一样一样的
Vector – 4维向量，其中4个数均为浮点数 (x,y,z,w)
标签（Tags）
- Background – 在所有其他物体渲染之前渲染，被用于天空盒或类似的背景效果。
- Geometry(默认tags为geometry) – 适用于大多数物体。非透明物体使用这种渲染顺序。
- AlphaTest – 进行alpha测试的像素（alpha-test是指当前像素的alpha小于一定的值就舍弃该像素）应该使用该渲染顺序。单独设置该渲染顺序是因为当在渲染完所有实体过后，渲染alpha测试的物体将更有效率。
- Transparent – 该渲染标签所属的物体将在标签为Geometry和AlphaTest之后的物体渲染，并且这些贴着Transparent的所有物体本身是从后往前依次渲染的。任何经过alpha-blended的物体都应该使用该标签（译者注：alpha-blended是指使用当前像素的alpha作为混合因子，来混合之前写入到缓存中像素值，注意此时shader是不能写入深度缓存的，因为关闭了写入深度缓存的功能，如果不关闭写入深度缓存，那么在进行深度检测的时候，它背后的物体本来我们是可以透过它被我们看到的，但由于深度检测时，小于它的深度就被剔除了，从而我们就看不到它后面的物体了），玻璃和粒子效果比较适合该渲染标签。
- Overlay – 该渲染标签适合覆盖效果，任何最后渲染的效果都可以使用该标签，比如透镜光晕。
有趣的是你可以给这些基本的渲染标签进行加加减减。这些预定义的值本质上是一组定义整数，Background = 1000， Geometry = 2000, AlphaTest = 2450， Transparent = 3000，最后Overlay = 4000。（译者注：从此处我们也可以一窥究竟，貌似数值大的后渲染。）这些预设值这对透明物体有很大影响，比如一个湖水的平面覆盖了你用广告牌制作的树，你可以对你的树使用“Queue”=”Transparent-102”，这样你的树就会绘制在湖水前面了。
Shader的整体结构
Shader "Holo/Diffuser Texture"
{
Properties{
_MainTex("Texture",2D) = "white"{}
}
SubShader
{
Pass{
Tags{"RenderType" = "Opaque"}
CGPROGRAM
#pragma suiface surf Lambert
struct Input { //结构体
float2 uv_MainTex;
};
sampler2D _MainTex;
void surf(Input IN, inout Surfaceutput o)
{
o.Albedo = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex.rgb);
}
ENDCG
}
}
Fallback "Diffuse"
}
//tex2d的作用是利用IN.uv_MainTex所代表的uv坐标（注意我们上面指定了uv坐标产生的方式，所以此处的IN.uv_MainTex是自动生成的）对纹理_MainTex进行采样。此处，对于o.Albedo我们只取颜色分量中的rgb三分量，其中alpha值（透明度）目前不需要，至少对于非透明物体alpha值得作用不大。
//顶点函数 完成顶点坐标到模型空间到剪裁空间的转换（从游戏环境到相机视野上）
//片元函数 返回模型对应屏幕上的每一个像素的颜色值
//POSITION 传入系统顶点坐标
//SV_POSITION 返回值是剪裁空间的顶点坐标你将会遇到half（半精度）和double（双精度）类型，half（一般16bit）即正常float（一般32bit）的一半精度，double（一般64bit）是正常float的两倍精度（此处的倍数衡量的方式不是指表示的范围，而是表示可以使用的bit位数）。使用half经常是出于性能考虑的原因。还有一种区别于浮点数的定点数fixed，精度更低。
当你想将颜色值规范到0~1之间时，你可能会想到使用saturate函数（saturate(x)的作用是如果x取值小于0，则返回值为0。如果x取值大于1，则返回值为1。若x在0到1之间，则直接返回x的值.），当然saturate也可以使用变量的swizzled版本，比如saturate(somecolor.rgb);
使用结构体
Shader "Holo/03UseStruct"
{
SubShader{
Pass{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
struct a2v
{
float4 vertex:POSITION; //把模型空间下的顶点坐标填充给vertex
float4 normal:NORMAL; //把模型空间下的法线方向填充给normal
float4 texcoord :TEXCOORD0; //把第一套纹理坐标填充给texcoord
};
//结构体的变量必须有语义定义
struct v2f
{
float4 position:SV_POSITION; //SV_POSITION语义告诉Unity,pos里包含了顶点在裁剪空间的位置信息
float3 temp:COLOR0;
};
v2f vert(a2v v) //返回值是v2f
{
v2f f;
f.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
f.temp = v.normal;
return f;
}
fixed4 frag(v2f f) :SV_Target //将颜色显示在屏幕上，SV_Tagrget表示把输出的数据当作颜色存储到渲染目标中。
{
return fixed4(f.temp,1);
}
ENDCG
}
}
Fallback "VertexLit"
}语义集合
从应用程序传递到顶点函数的语义有哪些a2v
POSITION 顶点坐标（模型空间下的）
NORMAL 法线( 模型空间下)
TANGENT 切线（模型空间）
TEXCOORD0 ~ｎ 纹理坐标
COLOR 顶点颜色
从顶点函数传递给片元函数的时候可以使用的语义
SV_POSITION 剪裁空间中的顶点坐标（一般是系统直接使用）
COLOR0 可以传递一组值 4个
COLOR1 可以传递一组值 4个
TEXCOORD0~7 传递纹理坐标
片元函数传递给系统
SV_Target 颜色值，显示到屏幕上的颜色