【Unity Shader】Shader基础

Chapter3 Unity Shader 基础

Chapter3 Unity Shader 基础

概述

在Unity需要材质（Material）与Unity Shader配合使用来达到满意的效果。

Unity Shader定义了渲染需要的各种代码（顶点着色器与片元着色器等），属性（使用哪些纹理）和指令（渲染和标签设置），我们通过材质调节这些属性，再赋给相应的模型。
材质：配合GameObject的Mesh或者Particle Systems组件来工作。
Unity Shader：
1. Standard Surface Shader:使用了一个包含了标准光照模型的表面着色器模板
2. Unlit Shader: 一个不包含光照但是包含雾效的基本顶点/片元着色器
3. Image Effect Shader: 为实现屏幕后处理提供基本模板
4. Compute Shader: 借助GPU的并行性来进行一些与渲染流水线无关的计算

ShaderLab

一款专门为Unity Shader服务的语言。

Properties 属性

语句格式：Name("display name",PropertyType)=DefaultValue
支持的属性类型：
| 属性类型 | 定义语法 ||
|:--------:|:--------:||
|Int|number||
|Float|number|
|Range(min,max)|number|
|Color|(number,number,number,number)|
|Vector|(number,number,number,number)|
|2D|"defaulttexture"{}|
|Cube|"defaulttexture"{}|
|3D|"defaulttexture"{}|

Unity允许重载默认的材质编辑面板以提供更多的自定义数据类型。关键词“Custom Shader GUI”
Properties语义块的作用仅仅是为了让这些属性可以出现在材质面板里

SubShader:表面着色器

语句格式

SubShader{
    //可选的，标签
    [Tags]

    //可选的，状态
    [RenderSetup]

    //一次完整的渲染流程，如果pass的数目过多，会造成渲染性能的下降。
    Pass{
    }
    ...
}

RenderSetup 状态：关于渲染状态的设置指令
| 状态名称 | 设置指令 |解释|
|:--------:|:--------:|:----:|
| Cull |Cull Back/Front/Off| 剔除模式：剔除背面/正面/关闭剔除|
|ZTest|ZTest Less Greater/LEqual/GEqual/Equal/NotEqual/Always|设置深度剔除时使用的函数|
|ZWrite|ZWrite On/Off|关闭/开启深度写入|
|Blend|Blend SrcFactor DstFactor|开启并设置混合模式|
Tags 标签：希望怎样以及何时渲染这个对象Tags{"TagName1"="Value1" "TagName2"="Value2"}
| 标签类型 | 说明 |
|--------|--------|
| Queue | 控制渲染顺序，指定该物体属于哪一个渲染队列 |
|RenderType|对着色器进行分类，可以用于着色器替换功能|
|DisableBatching|指明是否对该SubShader使用批处理|
|ForceNoShadowCasting|控制使用该SubShader的物体是否会投射阴影|
|IgnoreProjector|控制使用该SubShader的物体是否受projector（投影仪？）的影响|
|CanUseSpriteAtlas|当该SubShader是用于sprite时，将该标签设为“false”|
|PreviewType|指明材质面板将如何预览该材质。默认材质下，材质将显示为一个球形，我们可以通过将该标签的值设为“Plane”“SkyBox”来改变预览类型|
上述标签可以在SubShader中声明，而不可以在Pass块中声明，Pass块有专属于自己的标签。
Pass语义块：
```
Pass{
    [Name]
    [Tag]
    [RenderSetup]
    // Other code
}
```
1. Name “MyPassName”：定义该Pass的名称，可以使用UsePass命令来直接使用其他unity shader中的Pass，例如：UsePass "MyShader/MYPASSNAME"，由于Unity 内部会将所有Pass 名称转换为大写字母的表示，所以在使用UsePass的时候必须使用大写形式的名字。
2. RenderSetup：我们可以对Pass设置渲染状态，除上述状态设置以外，我们还可以使用固定管线的着色器。
3. Tag：
  |标签类型|说明|例子|
  |---|----|---|
  |LightMode|定义该Pass在Unity渲染流水线中的角色|Tags{"LightMode"="ForwardBase"}|
  |RequireOptions|用于制定当满足某些条件的时候才渲染该Pass，它的值是一个由空格分割的字符串，目前支持的选项：SoftVegetation|Tags{"RequireOptions"="SoftVegetation"}|
4. 特殊的Pass：
  - UsePass：使用该指令复用其他UnityShader中的Pass。
  - GrabPass：负责抓取屏幕并将结果存储在一张纹理之中，以用于后续的Pass 处理。

FallBack

如果上面所有的SubShader在这块显卡上都不能运行，那么就用这个最低级的Shader。

FallBack "name"
// 或者
FallBack Off

通过一个字符串通知引擎最低级的Shader是哪个，也可以关闭Fallback功能——如果上述的SubShader无法使用，那就不要管它了。

其他语义

拓展编辑界面：CustomEditor
对命令进行分组：CateGory

UnityShader的形式

ShaderLab语句块：

Shader "Myshader"{
    Properties{
        // 所需的各种属性
    }
    SubShader{
        // 真正意义上的SubShdaer代码会出现在这里
        // 表面着色器(Surface Shader)
        // 顶点/片元着色器(Vertex/Fragment Shader)
        // 固定函数着色器(Fixed Function Shader)
    }
    SubShader{
        // 与上一个Shader类似
    }
}

表面着色器

当给Unity提供一个表面着色器的时候，它在背后依旧将其转换为对应的顶点/片元着色器。意义在于Unity为我们处理了很多光照细节，使得我们无需再操心这些事情。

Shader "Custom/Simple Surface Shader"{
    SubShader{
        Tags{ "RenderType" = "Opaque" }
        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert
        struct Input {
            float4 color:COLOR;
        };
        void surf (Input IN,inout SurfaceOutput o)
        {
            o.Albedo = 1;
        }
        ENDCG
    }
    Fallback "Diffuse"
}

表面着色器被定义在SubShader语义块中的CGPROGRAM与ENDCG之间。之间的代码使用Cg/HLSL语言编写，它嵌套在ShaderLab语言中。

顶点/片元着色器

顶点/片元着色器的代码需要定义在CGPROGRAM与ENDCG之间，而着色器是写在Pass语义块内，而非SubShader内，这样做来定义每个Pass需要的Shader代码，灵活性更高，同时控制渲染的实现细节。

Shader "Custom/Simple VertexFragment Shader"{
    SubShader{
        Pass{
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            float4 vert(float4 v:POSITION):SV_POSITION{
                return mul(UNITY_MATRIX_MVP,v);
            }

            fixed4 frag():SV_Target{
                return fixed4(1.0,0.0,0.0,1.0);
            }

            ENDCG
        }
    }
}

固定函数着色器

上面两种UnityShader形式都使用了可编程管线，而对于一些旧的设备不支持可编程管线着色器，此时需要使用固定函数着色器来完成渲染，这些着色器往往只可以完成一些非常简单的效果。

Shader "Tutorial/Basic"{
    Properties{
        _Color("Main Color",color)=(1.0,5.0,5.1)
    }
    SubShader{
        Pass{
            Material{
                Diffuse[_Color]
            }
            Lighting On
        }
    }
}

乐乐女神的一些建议：

除非有明确的需求必须要使用固定函数着色器，否则请使用可编程管线的着色器。
如果想和各种光源打交道，你可能更喜欢表面着色器，但需要小心它在移动平台的性能表现。
如果需要使用的光照数目非常少，使用顶点/片元着色器是一个更好的选择。
如果有很多自定义的渲染效果，请选择顶点/片元着色器。