《Unity Shader入门精要》笔记：初级篇（1）

• 本篇博客主要为个人学习所编写读书笔记，不用于任何商业用途，以及不允许任何人以任何形式进行转载。
• 本篇博客会补充一些扩展内容（例如其他博客链接）。
• 本篇博客还会提供一些边读边做的效果截图。文章内所有数学公式都由Latex在线编辑器生成。
• 本篇博客主要提供一个“glance”，知识点的总结。如有需要请到书店购买正版。
• 博客提及所有官方文档基于2022.2版本，博客会更新一些书中的旧的知识点到2022.2版本。
• 如有不对之处欢迎指正。

• 个人博客网址：《Unity Shader入门精要》笔记：初级篇（1） - Sugar的博客，如文章转载中出现例如传送门失效等纰漏，建议直接访问原博客网址。

• 我创建了一个游戏制作交流群：637959304 进群密码：(CSGO的拆包密码）欢迎各位大佬一起学习交流，不限于任何平台（U3D、UE、COCO2dx、GamesMaker等），以及欢迎编程，美术，音乐等游戏相关的任何人员一起进群学习交流。

---

 

• 初级篇内容主要讲述关于基础的光照模型、纹理和透视等的初级渲染效果。（这部分也可以同时阅读我的HLSL博客内容进行学习）

UnityShader入门

• 最简单的顶点/片元着色器：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Shader "name" {         Properties         {                 //属性         }         SubShader         {                 Pass                 {                         //设置渲染状态和标签                         //开始CG代码片段                         CGPROGRAM                         //编译指令                         #pragma vertex vert                         #pragma fragment frag                         //CG代码                         ENDCG                         //其他设置                 }                 //其他pass         }         //其他的SubShader         //如果SubShader都失败了         Fallback “VertexLit” }

• 第一个代码
• 关于’:’语法，可以理解为一种限制，或条件。例如: SV_POSITION是限制函数只能输出裁剪空间的坐标，也可以换一种角度理解，限制->通知，告知Unity要输出的是裁剪空间坐标。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

shader "Example/Shader01" {         SubShader         {                 Pass                 { //CG代码片段                         CGPROGRAM //告诉Unity哪个函数包含了顶点着色器代码，哪个函数包含片元着色器代码                         #pragma vertex vert                         #pragma fragment frag //POSITION把顶点坐标填入到V中，SV_POSITION顶点着色器输出的是裁剪空间中的坐标                         float4 vert(float 4 v : POSITION) : SV_POSITION                         {                                 return mul (UNITY_MATRIX_MVP,v);                                                   }                         fixed4 frag() : SV_Target                         {                                 return fixed4(1.0,1.0,1.0,1.0);                         }                         ENDCG                 }         }  }

材质，Shader

游戏内物体（CUBE）

效果

• 活学活用： return fixed4(1.0,1.0,0.5,1.0);时的效果。有时候要刷新一下材质才能显示出效果。

• 注意有一条语句语法进行了更新：Upgrade NOTE: replaced ‘mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)’ with ‘UnityObjectToClipPos(*)’
• 我们利用结构体来存储模型的法线，纹理坐标等信息。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

Pass {         CGPROGRAM         #pragma vertex vert         #pragma fragment frag //输入结构体         struct a2v         {                 float4 vertex : POSITION;                 float3 normal : NORMAL;                 float4 texcoord : TEXCOORD0;         }; //输出结构体         struct v2f         { //裁剪信息                 float4 pos : SV_POSITION; //颜色信息                 fixed3 color : COLOR0;         };         v2f vert(a2v v)         {                 v2f o;                 o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex.xyz); //根据法线向量v.normal来改变颜色                 o.color = v.normal * 0.5 + fixed3(0.5,0.5,0.5);                  return o;         }         fixed4 frag(v2f i) : SV_Target         {                 return fixed4(i.color,1.0);                 }         ENDCG }

你别说还蛮好看的

• 属性设置：设置一个颜色的properties让用户自定义颜色。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

shader "Example/Shader01" { //自定义用户面板     Properties     {         _Color ("Color Tint",Color) = (1.0,1.0,1.0,1.0)     }     SubShader     {         Pass         {             CGPROGRAM             #pragma vertex vert             #pragma fragment frag             fixed4 _Color;             struct a2v             {                 float4 vertex : POSITION;                 float3 normal : NORMAL;                 float4 texcoord : TEXCOORD0;             };             struct v2f             {                 float4 pos : SV_POSITION;                 fixed3 color : COLOR0;             };             v2f vert(a2v v)             {                 v2f o;                 o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex.xyz);                 o.color = v.normal * 0.5 + fixed3(0.5,0.5,0.5);                 return o;             }             fixed4 frag(v2f i) : SV_Target             {                 fixed3 c = i.color; //让用户面板中的颜色来决定顶点输出的颜色                 c *= _Color.rgb;                 return fixed4(c,1.0);             }             ENDCG         }     } }

• ShaderLab属性类型和CG变量类型的匹配关系

ShaderLab属性类型	CG变量类型
Color，Vector	float4，half4，fixed4
Range，Float	float，half，fixed
2D	sampler2D
Cube	samplerCube
3D	sampler3D

• 数值类型：精度范围在不同平台可能会略有不同

类型	精度
float	32位
half	16位，范围：+-60 000
fixed	11位，范围：+-2.0

• Unity内置文件和变量：传送门，UnityShader提供了一些内置文件（具体见官方手册），可以不适用include进行头文件包含，Unity会自动加安策处理。
• 内置着色器变量：传送门

• CG/HLSL语义：语义可以让Shader知道从哪里读取数据（例如：COLOR0）。即使语义相同，位置不同表达的意思也会不同。DirectX10以后新的语义类型：系统数值语义（system-value semantics），以SV为开头，代表系统数值。有些时候（例如POSITION和SV_POSITION）语义可以不加SV开头，但如果考虑跨平台的工程，那么最好在能加SV的地方把SV加上去。
• 从应用阶段传递模型数据给顶点着色器时的常用语义：

语义	描述
POSITION	模型空间顶点位置，float4
NORAML	顶点法线，float3
TANGENT	顶点切线，float4
TEXCOORD0-7	寄存器类似于，存放坐标等。float2或float4
COLOR	顶点颜色，fixed4或float4

• 从顶点着色器传递数据给片元着色器时的常用语义：

语义	描述
SV_POSITION	裁剪空间中的顶点坐标，必要语义
COLOR0、COLOR1	通常用于输出第一、二组顶点颜色
TEXCOORD0-7	通常用语输出纹理坐标

• 片元着色器输出时的常用语义

语义	描述
SV_Target	输出值存储到渲染目标中，等同于DirectX9中的COLOR

• 调试：Unity中自带UnityShader的调试，在Windows->Analysis->Frame Debugger中（与书中当时的位置稍有不同）。如果想要看到更多的信息，可以在VS等IDE中寻找相关插件。

---

• 额外补充-代码数学规范：
  1、规范化语法
  2、避免不必要的计算
  3、慎用分支和循环语句（因为开销大）
  4、不要除以0