Unity 是一款跨平台的 3D 引擎，有着强大的渲染功能，并主要用于游戏开发。
谈到 Unity 的渲染功能，我们不得不提及到着色器（Shader）——3D 游戏引擎中最重要的一个因素,它在游戏效果以及画面显示方面起到了决定性的作用。Shader 编程也属于计算机图形学中一个重要的部分。
接下来让我们从可编程渲染管线来了解 Shader 编程。
渲染管线模型
3D 游戏以及 3D 模型通过渲染管线来渲染到 2D 的屏幕上。渲染管线的流程是在 GPU 中进行的，它主要占有计算机的显存部分。渲染管线在这个过程中进行了顶点处理、面处理、光栅化、像素处理。
1）顶点处理
大多数接触过 3D 图形的人都知道3D 模型是通过众多点构成的面而展现出来的。
顶点处理，是通过一系列坐标系的变换，让各个顶点通过一定的规律在摄像机前位移，最终在屏幕上对应这些顶点的过程。
首先，物体的各个顶点从自身坐标系，通过世界变换矩阵处理转换到世界坐标系，再通过取景变换矩阵变换到观察者坐标系，最后通过投影变换，将顶点转移到屏幕坐标系。
有一点大家会经常忘记，在观察者坐标系转换到投影坐标系的过程中，GPU（图形处理单元）还对材质属性和光照属性进行了处理。
2）面处理
三点成一面。面处理有三个部分：面的组装、面的截取、面的剔除。
面的组装：模型中的三个点会组成一个三角形的面（非任意点，因为每个点都有自己的编号）。这些面，面面相接，组成了我们能看到的模型。
面的截取：由于摄像机和人眼一样，可视的区域是一个锥形，模型在摄像机可视范围内可能并不是全覆盖，也就是在摄像机外，这些在摄像机之内的部分就会被截取。
面的剔除：为了模拟肉眼，摄像机前的物体会出现近大远小的现象，那么物体和物体之间会有遮挡，被遮挡的面会被剔除不处理；每个面都有法向量，所以只有在面的法向量和摄像机散射向量夹角大于90度的才会被摄像机捕捉到。
3）光栅化
光栅化，又称之合并阶段。它的主要功能是将面转换成一帧中的像素集合。
这一阶段是不可以编程的，它负责执行多个片段测试，包括：深度测试、alpha 测试和模板测试，程序员可以通过高度配置来实现想要的效果。如果通过了所有的测试，这部分颜色就会与帧缓冲存储的颜色通过 alpha 混合函数进行合并。
4）像素处理
这个阶段将像素区域着色，然后赋予贴图。
Shader 详解
介绍完GPU 渲染管线之后，我们再来简单了解一下可编程着色器 Shader —— 图形渲染里最有趣的部分。Shader 能让渲染的图形展示出水面效果、火焰的热流效果、角色的虚化效果等视觉效果。
着色器可分为顶点着色器（VertexShader）、几何着色器（Geometry Shader）和像素着色器（Pixel Shader）。它们从输入的数据中取得一个元素，通过程序计算，变换为输出数据的一个或多个元素。
顶点着色器输入源为顶点，顶点包含其在自身坐标系或世界坐标系的位置和矢量信息，而输出源为已通过变换和照明处理的顶点，包含其投影坐标系的信息。
几何着色器的输入源为一个有 n 个顶点的几何图元以及最多 n 个作为控制点的额外顶点，输出源则变成 0 或多个图元。根据效果需要，这些图元的可能和输入的时候不同。
像素着色器输入为顶点间的片段，这些片段所包含的信息来自于对三角形顶点信息的插值，输出成将要写到帧缓冲里的颜色。
结语
在游戏中，绚丽的场景和角色是怎么来的呢？ 很简单，纹理数据以纹理坐标（UV 坐标）寻址的，而并非内存地址。通过着色器我们可以直接读取纹理贴图。
模型的顶点和纹理内的 UV 坐标一一对应，这样，纹理就以一定的规则贴在了模型上。
以上就是对渲染管线的简单介绍，关于着色器语法且待下回分解。
本文作者：吴思淇（点融黑帮）， 现就职于点融Social team，一个热爱游戏设计的web 前端程序猿一枚。