第三章 Unity Shader概述

• Shader和材质
  • • • Shader的创建
      • Shader的属性
• ShaderLab
• Unity Shader的结构
  • • • 1. 名字
      • 2. 属性
      • 3. SubShader
• Shader的格式
  • • • 表面着色器
      • 顶点/片元着色器
      • 固定函数着色器
      • 着色器的选择

Shader和材质

Shader的创建

• 标准表面着色器（Standard Surface Shader）： 会产生一个包含了标准光照模型的表面着色器模板
• 无光照着色器（Unlit Shader）： 会产生一个不包含光照（但包含雾效）的基本的顶点/片元着色器
• 图像效果着色器（Image Effect Shader）： 为我们实现各种屏幕后处理效果提供了一个基本模板
• 计算着色器（Compute Shader）： 会产生一种特殊的Shader文件，这类Shader旨在利用GPU的并行性来进行一些与常规渲染流水线无关的计算。
  Shader不能脱离材质，单独的shader无法发挥作用。在材质的最上方，我们可以选择材质的Shader。

Shader的属性

ShaderLab

Unity Shader是Unity为开发者提供的高层级的渲染抽象层，所有的Unity Shader都是使用ShaderLab来编写的。

一个Unity Shader的基本结构如下

Shader "ShaderName" {
    Properties {
        // 属性
    }
    SubShader {
        // 显卡A使用的子着色器
    }
    SubShader {
        // 显卡B使用的子着色器
    }    
    Fallback "VertexLit"
}

Properties 语句块中定义了着色器所需的各种属性，这些属性将会出现在材质面板中

Unity Shader的结构

1. 名字

我们定义Shader叫做NewSurfaceShader

Shader "Custom/NewSurfaceShader"

则可以在Shader中找到

2. 属性

Properties
    {
    	//格式：Name ("display name", PropertyType) = DefaultValue
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
        _Glossiness ("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
        _Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0
    }

在Shader中如上编写，则检查器中会有相应改变。

Property支持的数据类型

3. SubShader

当Unity需要加载Unity Shader时，Unity会扫描所有的SubShader 语义块，然后选择第一个能够在目标平台上运行的SubShader 。如果都不支持的话，Unity就会使用Fallback 语义指定的Unity Shader。
SubShader主要用来适配不同的显卡，我们在性能较强的显卡上用复杂度较高的SubShader，在性能较弱的显卡上用复杂度较低的SubShader。
SubShader的定义

SubShader {
    // 可选的
    [Tags]

    // 可选的
        [RenderSetup]

	//每个Pass定义了一个完整的渲染过程
    Pass {
    }
    // Other Passes
}

• 状态设置
  常见的渲染选项

• 标签
  标签结构如下

Tags { "TagName1" = "Value1" "TagName2" = "Value2" }

支持的标签

• pass语义块
  pass语义块包含的代码如下

Pass { 
    [Name] //定义pass的名称
    [Tags] 
    [RenderSetup] 
    // Other code
}

我们可以用UsePass方法调用其他Shader中的pass

UsePass "OtherShader/MyPass"

其次，我们可以对Pass 设置渲染状态。SubShader 的状态设置同样适用于Pass

Pass 同样可以设置标签，但它的标签不同于SubShader 的标签。这些标签也是用于告诉渲染引擎我们希望怎样来渲染该物体。

• fallback
  如果所有的SubShader都不能起作用，那么就会调用fallback,代码如下

Fallback "name"
// 或者
Fallback Off

Shader的格式

表面着色器

表面着色器本质是和顶点/片元着色器是一样的，但是代码较为简单。也就是说，Unity会将一个表面着色器转换为一个顶点/片元着色器。
在表面着色器中，Unity会为我们处理很多光照细节，这些不用我们费心。
代码示例如下：

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"
}

从上述程序中可以看出，表面着色器被定义在SubShader 语义块（而非Pass 语义块）中的CGPROGRAM 和ENDCG 之间。原因是，表面着色器不需要开发者关心使用多少个Pass、每个Pass如何渲染等问题，Unity会在背后为我们做好这些事情.

顶点/片元着色器

顶点/片元着色器更复杂，也更加灵活。
代码示例如下：

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
        }
    }
}

和表面着色器类似，顶点/片元着色器的代码也需要定义在CGPROGRAM 和ENDCG 之间，但不同的是，顶点/片元着色器是写在Pass 语义块内，而非SubShader 内的。原因是，我们需要自己定义每个Pass需要使用的Shader代码。虽然我们可能需要编写更多的代码，但带来的好处是灵活性很高。更重要的是，我们可以控制渲染的实现细节。同样，这里的CGPROGRAM 和ENDCG 之间的代码也是使用Cg/HLSL编写的。

固定函数着色器

对于一些比较旧的设备，他们不支持可编程管线着色器，这个时候就要用固定函数着色器。
示例代码如下:

Shader "Tutorial/Basic" {
    Properties {
        _Color ("Main Color", Color) = (1,0.5,0.5,1)
    }
    SubShader {
            Pass {
            Material {
                Diffuse [_Color]
            }
            Lighting On
        }
    }
}

着色器的选择

• 除非你有非常明确的需求必须要使用固定函数着色器，例如需要在非常旧的设备上运行你的游戏（这些设备非常少见），否则请使用可编程管线的着色器，即表面着色器或顶点/片元着色器。
• 如果你想和各种光源打交道，你可能更喜欢使用表面着色器，但需要小心它在移动平台的性能表现。
• 如果你需要使用的光照数目非常少，例如只有一个平行光，那么使用顶点/片元着色器是一个更好的选择。
• 最重要的是，如果你有很多自定义的渲染效果，那么请选择顶点/片元着色器。