Shaderlab Notizen 4 Unity中Shader的三种形态对比&混合操作

一、Unity中Shader的三种形态
1.1 固定功能Shader
其特征是里面的核心是Material材质属性块、没有CGPROGRAM和ENDCG块,以及各种顶点着色和片段着色的宏命令。

1.2 SurfaceShader
特性如下:
SurfaceShader可以认为是一个光照Shader的语法块、一个光照VS/FS的生成器。减少了开发者写重复代码的需要。
特征是在SubShader里出现CGPROGRAM和ENDCG块。(而不是出现在Pass里。因为SurfaceShader自己会编译成多个Pass。)
编译指令是:

#pragma surface surfaceFunction lightModel[optionalparams]

surfaceFunction:surfaceShader函数,形如void surf (Input IN, inoutSurfaceOutput o)
lightModel:使用的光照模式。包括Lambert(漫反射)和BlinnPhong(镜面反射)。
也可以自己定义光照函数。比如编译指令为#pragma surface surf MyCalc
在Shader里定义half4 LightingMyCalc (SurfaceOutputs, 参数略)函数进行处理(函数名在签名加上了“Lighting”)。
我们自己定义输入数据结构(比如上面的Input)、编写自己的Surface函数处理输入、最终输出修改过后的SurfaceOutput。
SurfaceOutput的定义为:

struct SurfaceOutput
{
    half3 Albedo; // 纹理颜色值(r, g, b)

    half3 Normal; // 法向量(x, y, z)

    half3 Emission; // 自发光颜色值(r, g, b)

    half Specular; // 镜面反射度

    half Gloss; // 光泽度

    half Alpha; // Alpha不透明度

};

1.3 可编程Shader
可编程Shader其实就是顶点着色器和片段着色器,这一部分和DirectX系的HLSL和CG着色器语言联系紧密。其实就是Unity给HLSL和CG报了一个ShaderLab的壳。
顶点着色器:产生纹理坐标,颜色,点大小,雾坐标,然后把它们传递给裁剪阶段。
片段着色器:进行纹理查找,决定什么时候执行纹理查找,是否进行纹理查找,及把什么作为纹理坐标。

可编程Shader的特点为:
功能最强大、最自由的形态。
特征是在Pass里出现CGPROGRAM和ENDCG块
编译指令#pragma。详见官网Cg snippets。其中重要的包括:

编译指令 示例/含义
#pragma vertex name
#pragma fragment name
替换name,来指定Vertex Shader函数、Fragment Shader函数。
#pragma target name 替换name(为2.0、3.0等)。设置编译目标shader model的版本。
#pragma only_renderers name name ...
#pragma exclude_renderers name name...
#pragma only_renderers gles gles3,
#pragma exclude_renderers d3d9 d3d11 opengl,只为指定渲染平台(render platform)编译

关于引用库。通过形如#include "UnityCG.cginc"引入指定的库。常用的就是UnityCG.cginc了。其他库详见官网Built-in shader include files。
ShaderLab内置值。Unity给Shader程序提供了便捷的、常用的值,比如下面例子中的UNITY_MATRIX_MVP就代表了这个时刻的MVP矩阵。详见官网ShaderLab built-in values。
Shader输入输出参数语义(Semantics)。在管线流程中每个阶段之间(比如Vertex Shader阶段和FragmentShader阶段之间)的输入输出参数,通过语义字符串,来指定参数的含义。常用的语义包括:COLOR、SV_Position、TEXCOORD[n]。完整的参数语义可见HLSL Semantic(由于是HLSL的连接,所以可能不完全在Unity里可以使用)。
特别地,因为Vertex Shader的的输入往往是管线的最开始,Unity为此内置了常用的数据结构:

数据结构 含义
appdata_base 顶点着色器输入位置、法线以及一个纹理坐标。
appdata_tan 顶点着色器输入位置、法线、切线以及一个纹理坐标。
appdata_full 顶点着色器输入位置、法线、切线、顶点颜色以及两个纹理坐标。
appdata_img 顶点着色器输入位置以及一个纹理坐标。

二、 Blending
混合操作最常见的用途便是用来制作透明物体、或者是进行纹理的混合。它是Shader渲染的最后一步:

Shaderlab Notizen 4 Unity中Shader的三种形态对比&混合操作_第1张图片
Paste_Image.png

如上图所示,正被渲染的像素经过顶点光照、顶点着色器、剔除和深度测试,雾效、Alpha测试等一系列操作之后,最后一步便是混合操作。这个时候计算结果即将被输出到帧缓冲中。而混合操作,就是管理如何将这些像素输出到帧缓存中的这样一个过程——是直接替换原来的,是一加一的混合,还是有Alpha参与的不等比地混合等等。
混合操作有两个对象:源和目标,因此也有两个对应的因子,即源因子和目标因子(对应于Blend SrcFactor DstFactor操作)。
而如果我们把RGB颜色通道和Alpha通道分开来操作的话,混合就有了4个操作对象(对应于Blend SrcFactor DstFactor,SrcFactorA DstFactorA操作)。

2.1 相关语法

Blend Off
Turn off blending 关闭混合

Blend SrcFactorDstFactor
基本的配置并启动混操作。对产生的颜色乘以SrcFactor.对 已存在于屏幕的颜色乘以DstFactor,并且两者将被叠加在一起。

Blend SrcFactorDstFactor, SrcFactorA DstFactorA
同上,但是使用不同的要素来混合alpha通道,也就是有了4个操作对象

BlendOp Add /Min | Max | Sub | RevSub
此操作不是Blend操作一样添加混合颜色在一起,而是对它们做不同的操作。

而如下便是常用混合操作符(blend operations)的含义列举:

操作符 含义
Add 将源像素和目标像素相加.
Sub 用源像素减去目标像素
RevSub 用目标像素减去源像素
Min 取目标像素和源像素颜色的较小者作为结果
Max 取目标像素和源像素颜色的较大者作为结果

2.2 Blend factors列举

以下所有的属性都可作为SrcFactor或DstFactor。其中,Source指的是被计算过的颜色,Destination是已经在屏幕上的颜色。

属性
One 值为1,使用此因子来让帧缓冲区源颜色或是目标颜色完全的通过。
Zero 值为0,使用此因子来删除帧缓冲区源颜色或目标颜色的值。
SrcColor 使用此因子为将当前值乘以帧缓冲区源颜色的值
SrcAlpha 使用此因子为将当前值乘以帧缓冲区源颜色Alpha的值。
DstColor 使用此因子为将当前值乘以帧缓冲区源颜色的值。
DstAlpha 使用此因子为将当前值乘以帧缓冲区源颜色Alpha分量的值。
OneMinusSrcColor 使用此因子为将当前值乘以(1 -帧缓冲区源颜色值)
OneMinusSrcAlpha 使用此因子为将当前值乘以(1 -帧缓冲区源颜色Alpha分量的值)
OneMinusDstColor 使用此因子为将当前值乘以(1 –目标颜色值)
OneMinusDstAlpha 使用此因子为将当前值乘以(1 –目标Alpha分量的值)

2.3 常见语句

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha    // Alpha混合

Blend One One                       // 相加

Blend One OneMinusDstColor         // 比较柔和的相加(SoftAdditive)

Blend DstColor Zero                  // 乘法

Blend DstColor SrcColor              // 2倍乘法

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