unity shader入门精要_Unity Shader 入门（二）：shader 基础

一、参考与说明（需要写在开始东西）：

1.1 Unity Shader 入门精要学习

https://github.com/candycat1992/Unity_Shaders_Book/tree/unity_5_4​github.com

1.2 写在开头，最近一直在关注渲染方面的文章，越看越发现，还是自下而上的学习路线比较好，了解背景原理，学习上层知识才更容易。但也确实发现，一头扎进去很容易迷茫，要学的要看的东西太多，现实也有各种原因，需要你快速直接的实现一些效果。这也是unity shader的好处，Unity在底层做了很多事情，我们只需要编写简单的代码，就可以看到效果，而且也有很多官方的shader案例，可以供我们参考。我想这大概也是作者想做的事情，让大家可以先有能力读懂shader代码，就像文字和词组的组合可以创造出很多不同的文章，但是学习还是要从文字开始，后面就要看大家的想象力了。同时又时间和能力的话，还是要保持对底层原理的学习，内功修炼要持久。

二、shader背景

我相信学习unity shader 大家一定听到过很多专业名词，比如：hlsl,glsl,cg,surfaceshader，vertex shader, fragment shader等等，我想还是有必要做个解释的。unity shader 支持如下三种语法：

1. glsl -- OpenGL ShadingLanguage （基于OpenGL）
2. hlsl -- High Level Shading Language (基于DirectX)
3. cg -- C for Graphic （基于NVIDIA）

其中hlsl和cg比较常用，surfaceshader这个看了渲染管线可以知道，shader并没有surfaceshader，unity 也一样，支持 vertex fragment shader, surfaceshader是对顶点片段shader的上层封装，致力于让大家写shader更简单，不过本篇文章还是以顶点片段为主。unity 创建shader时包括一下几个模板选项

1. Standard Surface Shader -- 顶点片段的封装 表面着色器
2. Unlit Shader -- 用于修改顶点片段着色器
3. Image Effect Shader -- 用于屏幕后处理着色器
4. Compute Shader -- 用于处理并行运算（GPGPU）
5. Ray Tracing Shader -- 光线追踪

三、Unlit Shader(顶点片段着色器) 语法

下面就是unity 创建的Unlit Shader .

1. 开头 Shader 后面引号内的就是 shader 的名称及路径
2. Properties 为属性，在材质球inspector面板中是可见的，下面为Properties 中支持类型

name ("display name", Range (min, max)) = number
name ("display name", Color) = (number,number,number,number)
name ("display name", 2D) = "name" { options }
name ("display name", Rect) = "name" { options }
name ("display name", Cube) = "name" { options }
name ("display name", Float) = number
name ("display name", Vector) = (number,number,number,number)

3. SubShader 为具体执行逻辑的部分 ,可以有多个SubShader，顺序执行，从上到下寻找并使用终端所能支持的第一个SubShader，
4.Tags 标签，标记一些属性, 且可不写,tags还分在SubShader中和Pass中两类

4.1 语法 Tags{ "TagName1" = "Value1" "TagName2" = "Value2"} 4.2 SubShader Tags 官方地址
1.Queue 控制渲染顺序，指定该物体属于哪一个渲染队列
2.RenderType 对着色器分类。例如：这是一个不透明着色器
3.DisableBatching 可以用该标签直接表明是否使用批处理
4.ForecNoShadowCasting 控制该SubShader的物体是否会投射阴影
5.IgnoreProjector 设置该SubShader的物体是否受Projector影响,
6.CanUseSpriteAtlas 当该SubShader用于“sprite”时，将该标签设为False
7.PriviewType 材质面板的预览类型，一般默认材质预览效果是球形
4.3 Pass Tags 官方地址
1.LightModel 定义该Pass在渲染管线中的角色
2.RequireOption 用于指定满足某些条件是才渲染该
3.PassFlags 一个pass可以用一个标志表明改变渲染流水线是怎么样传递数据给pass的

5. Pass，具体shader的实现部分，SubShader可以有多个Pass,但是多pass也会增加DrawCall,所以一般建议一到两个pass

5.1 语义 参考博客
Unity支持的语义：
1，从应用阶段传递模型数据给顶点着色器时支持的语义如下表

语义	描述
POSITION	模型空间中的顶点位置 通常float4
NORMAL	顶点法线 通常float3
TANGENT	顶点切线 通常float4
TEXCOORD(n)	该顶点的纹理坐标 n组
COLOR	顶点颜色 通常fixed4 float4

2，丛顶点着色器传递到片元着色器时支持的语义如下表：

语义	描述
SV_POSITION	裁剪空间中的顶点坐标 结构体必须包含一个该词修饰的变量
COLOR0	通常用于输出第一组顶点颜色
COLOR1	通常用于输出第二组顶点颜色
TEXCOORDN（0~7）	通常用于输出纹理坐标

3，片元着色器输出时支持的语义

语义	描述
SV_Target	输出值将会存储到渲染目标中

数据类型的对比：

类型	精度
float	最高精度 通常32位
half	中等精度 通常16位
fixed	最低精度 通常11位

5.2 HLSL和CG语法在unity shader中要包裹在CGPROGRAM 和 ENDCG之间，中间我们可以添加 顶点和片段函数，其中他们的参数就包括上面的语义，让系统知道参数代表了什么，以及是如何传递的。
5.3 #include "UnityCG.cginc" 引用文件 ，unity自带的很多方法都在这个文件中，如各种矩阵投影转换等，这个文件大家可以在官网中下载对应版本的 Built-in Shader，观察其中代码，官方地址

Shader "Unlit/VertexFragmentShader"  //名称
{ 
    Properties //属性集合
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} //语法_MainTex 为字段名称，Texture为面板显示名称，
                                              //2D是类型，white是初始值，特别注意，定义属性后需
                                              //要在Pass中声明此属性
    }
    SubShader //子shader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }

        Pass //Pass通道
        {
            CGPROGRAM  // HLSL和CG语法在unity shader中要包裹在CGPROGRAM 和 ENDCG之间
            #pragma vertex vert  //指定顶点函数
            #pragma fragment frag  //指定片段函数

            #include "UnityCG.cginc" //引用文件  

            struct appdata  //顶点函数输入
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f //片段函数输入  和 顶点函数输出
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            v2f vert (appdata v) //顶点函数
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target //片段函数
            {
                // sample the texture
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

四、总结

shader的学习是有难度的，里面的实现又包含各种数学算法等，猛的进去，会有一头雾水的感觉，所以，本篇文章希望以顶点片段着色器的整体语法框架入手，让大家可以看懂shader,就比如一个房子，我们不知道里面有什么东西，多么的华丽，但是我们知道房子要有门、窗户、墙、厕所啊、厨房啊等等，厨房是做饭的，看到vertex 也可以知道是处理顶点的，那么，我们想知道具体做的什么饭，怎么处理的顶点就可以找到对应的地方深入的学习了，毕竟unity shader实现的效果，网上是可以找到很多的，甚至可以用shader graph去连线，然后自己再去用代码实现。