UnityShader之图形学基础（一）

前言

伴随着VR/AR的飞速发展，Unity开发引擎逐渐成为了VR/AR开发的主力引擎。为了满足VR高清高帧率的极限渲染，着色器编程（Shader）也成为了Unity程序开发人员的必备知识。本篇主要讲解图形学基础知识，了解Unity图像渲染机制，以及图像渲染管线流程。

• Unity图像渲染机制
  在Unity引擎中，任何图像渲染都需要一个很重要的文件属性——Material（材质球），在MeshRenderer、LineRenderer、UI渲染、拖尾渲染都可以见到它的影子。因此，我们可以将Material理解为Unity中图像渲染的工具，而Shader（着色器）即可以理解为Material这个工具的加工厂，Shader（加工厂）定义了Material渲染的解决方案，定义了Material渲染所需要的原材料，而此时所讲的原材料，即Shader中的属性（数值，颜色，纹理，贴图等等）。
  

  Unity图像渲染机制
  
  下面举例说明，在Unity中设置一个网格渲染的具体流程：

• 想要渲染一个网格，首先需要创建一个材质球；

  
  
  创建材质球

• 在材质球中，选择合适的Shader；

  
  
  选择Shader

• 将材质球添加到网格渲染器中；

  
  
  添加材质球到网格渲染器

• 调整材质球中的属性信息；

  
  
  调整材质属性

• 查看调整后的渲染效果。

  
  
  查看渲染效果

• 渲染绘图管线
  了解了Unity图像渲染机制，下面我来介绍渲染绘图管线。那么何为渲染绘图管线呢？渲染管线也称为渲染流水线，是显示芯片内部处理图形信号相互独立的并行处理单元。在Unity中，即将3D场景模型绘制成屏幕2D图片的过程。
  

  渲染绘图管线
  
  下面我们详细讲解图像渲染流水线中各个模块的详细操作步骤：

• 第一个步骤——顶点处理
  1.当模型制作完成后，模型只有一个自身中心以及自身的前后左右上下方位，我们称之为本地坐标系。当模型置入3D场景中，每个顶点都拥有了一个世界坐标，因此顶点处理第一步是从本地坐标到世界坐标的过程。

  
  
  本地坐标-->世界坐标
  
  

  2.有了世界坐标后，模型在不同角度观察，所看到的画面是不同的，因此下一个步骤是从世界坐标系到观察坐标系的过程。

  
  
  世界坐标-->投影坐标
  
  3.观察坐标系还是一个3D视角，但我们所看到的画面其实是一个2D的平面，只是有了阴影，有了光照，有了3D模型的角度渲染，我们看起来比较又3D点感觉。最后一个步骤，即观察坐标系（3D）到投影坐标系（2D）到过程。
  
  观察坐标-->投影坐标

• 第二个步骤——面处理
  1.刚刚操作已经获取到了2D平面上每个顶点的坐标，下面面处理第一个步骤即将所有顶点连线，组装成面。

  
  
  面组装
  
  

  2.当然面组装成型后，会有我们看不到的地方不需要渲染，因此要将看得到的面截取，将看不到的面剔除，因此有了面截取和面剔除步骤。

  
  
  面截取与面剔除

• 第三个步骤——光栅化
  光栅化是渲染管线流程中重要的一步，即将面渲染所需要的像素数量，位置等信息计算出来，也可以理解为是将面拆分成一个个的像素的过程。

  
  
  光栅化

• 最后一个步骤——像素处理（像素着色）
  最后一步，即给每个像素着色，形成我们想要看到的画面。

  
  
  像素处理

结束语

图形学是计算机领域比较晦涩难懂的一部分，本篇用简单的语言及详细的配图，阐述了Unity图像渲染机制及图形学渲染管线流程。相信大家能够对图形学又一个大概的认识，UnityShader系列篇会陆续上线，大家敬请期待，下一篇我们来学习固定管线Shader。