[UnityShader2]ShaderLab基础

一.Shader

1.Shader即着色器，是一款运行在GPU上的程序。Shader有顶点Shader和片段Shader两个基本类型，顶点Shader有着可以处理、 变换，最终会渲染到屏幕上的网格物体的顶点位置的功能，但它不能生成新的顶点。 顶点Shader的输出会传递给流水线的下— 步。 几何体的网格经过硬件的栅格化后，处于流水线上的片段Shader会被执行，片段Shader会对— 个片段(预备像素)进行各种测试。 Z深度测试、Alpha比较测试，能够通过各种测试的片段，最终会被写入渲染的输出帧中，从而成为显示器屏幕上的— 个可见像素。

2.

面向GPU的编程有3种高级图像语言可供选择：微软(Direct3D)的HLSL，OpenGL的GLSL，和NVIDIA的Cg。而Unity对Shader编程语言的支持重点是Cg。对于要适应不同GPU的Shader来说，Unity使用自定义ShaderLab来组织Shader的内容，并将针对不同的平台进行编译。

3.

微软公司根据自己所开发的图形软件库DirectX系列，定义了—系列的SM(Shader Model，Shader模型)，用来描述Shader的特性和能力。SM1.0对应于DirectX8.0，SM2.0对应于 DirectX9.0b，SM3.0对应于DirectX9.0c，SM4.0对应于DirectX10.0，SM5.0对应于DirectX11.0。其中，SM4.0相当于OpenGL的3.3标准，SM5.0相当于OpenGL的4.3标准。


二.ShaderLab

0.在编写ShaderLab时，如果要使用Cg语言，则这些代码必须位于CGPROGRAM和ENDCG之间。

1.一个shader中可以写多个SubShader，unity在运行时会根据运行环境选择最优的SubShader；一个SubShader中可以写多个Pass，这些Pass会依次执行。对于一个shader，我们大致分为三部分：Properties、SubShader和Pass

2.Properties

通过脚本去使用属性：

通过Cg代码去使用属性：

除了上面提到的，还可以使用half4、fixed4和half、fixed，这两种类型在空间上分别是float4、float的二分之一、四分之一，可以通过合理的使用来提高性能。

Ps：矩阵目前是不能在Properties块中定义的，我们必须首先在shader中声明它，然后通过脚本来进行读取和写入：

3.SubShader

3.1.Tags标签

使用标签告诉渲染引擎应该什么时候、怎样去渲染它们，记住下面的这些标签只能在SubShader内不能在Pass内(Pass也有其特有标签)

a.Queue：渲染队列，表示希望unity什么时候渲染自己。例如透明物体要在不透明物体之后绘制。

有5个可选值(数字越小越先渲染)：

Background：对应数字1000，在所有物体之前渲染

Geometry(默认值)：对应数字2000，不透明的几何体使用这个队列

AlphaTest：对应数字2450，需要进行透明度测试的几何体使用这个队列

Transparent：对应数字3000，任何进行透明度混合的物体(不写入深度缓冲)使用这个队列

Overlay：对应数字4000，任何最后渲染的使用这个队列，例如lens flares

自定义队列可以这样写(例如天空盒、透明的水在不透明体后，透明体前渲染)：

b.RenderType：这个标签在替代渲染时很重要；有时候会用于制作相机的深度纹理。unity可以运行时替换符合特定RenderType的所有shader，与Camera.RenderWithShader或者Camera.SetReplacementShader配合使用。常用的内置值：

Opaque、Transparent、TransparentCutout、Background和Overlay

c.IgnoreProjector：当值为True时，表示当前物体忽略投影的影响，对于渲染半透明物体很有用。

d.可以添加自定义标签：

其他：

a.GrabPass{ }：捕捉屏幕的内容，可供后面的Pass使用

b.UsePass "Shader/Name"：可以使用其他shader的Pass

4.Pass

4.1.Tags标签

使用标签告诉渲染引擎应该什么时候、怎样去渲染它们，记住下面的这些标签只能在Pass内不能在SubShader内(SubShader也有其特有标签)

a.LightMode，需要跟灯光交互时使用

渲染路径：

unity支持3种Rendering Path，分别是VertexLit、Forward和Deferred Lighting，为此又定义了在Pass中使用的LightMode标签Vertex、ForwardBase、ForwardAdd、PrepassBase、PrepassFinal等，分别表示当前Pass是为在哪一个RenderingPath下设计使用的。

渲染优先级：Deferred > Forward > VertexLit

unity在Deferred渲染路径下，会寻找在Deferred渲染模式下的Pass然后返回，并不会执行其他渲染路径下的Pass，但是如果找不到Deferred状态下的Pass，

则会寻找Forward，如此类推。在同一时间只会执行一个渲染路径下的Pass，渲染路径在相机组件可以进行设置。

4.2.Name(由于unity的原因，命名时必须使用大写)

一般用来引用此Pass。这种引用意味着你可以定义一个Pass块，然后在其他Shader的Pass块中多次引用它。

4.3 Culling & Depth Testing

Cull：控制多边形的那一面会被剔除(不绘制)。可取的值：

Back(默认值)：不绘制后面

Front：不绘制前面
Off：禁用剔除，所有面都会被绘制

ZWrite：控制像素是否写到深度缓冲。可取的值：

On(默认值)：如果要绘制不透明的物体，选择On
Off：如果要绘制半透明的物体，选择Off

ZTest：控制深度测试如何进行。可取的值：

Less、Greater、LEqual(默认值)、GEqual、Equal、NotEqual、Always

以默认值为例，即表示如果该点的深度小于等于深度缓存区的对应深度，则更新颜色缓存区(帧缓存区)的值，即起到覆盖的效果。

(离摄像机越远，深度越大)

Offset

4.4 Blending

Src(源)：指生成的颜色             Dst(目标)：已经在屏幕的颜色

语句：

Blend Off(默认值)：关掉Blending。

Blend SrcFactor DstFactor：输出的颜色乘上SrcFactor，已经在屏幕上的颜色乘上DstFactor，然后两者相加。

Blend SrcFactor DstFactor, SrcFactorA DstFactorA：同上面的类似，但使用SrcFactorA DstFactorA去混合alpha。

BlendOp BlendOp：默认是相加的操作，通过该语句可以定义其他操作。

BlendOp OpColor, OpAlpha： 同上面的类似，但可以为color(rgb)和alpha(a)定义其他操作

AlphaToMask On：Turns on alpha-to-coverage. When MSAA is used, alpha to coverage modifies multisample coverage mask proportionally to the pixel shader result alpha value. This is typically used for less aliased outlines than regular alpha-test; useful for vegetation and other alpha tested shaders.

操作符(主要的)：

Add：              源 + 目标
Sub：              源 - 目标

RevSub：       目标 - 源

Min：               取最小值
Max：              取最大值

因子(factor)：

常用的几个语句：

Alpha Blending，Alpha Testing，Alpha To Coverage

Alpha Blending：

// inside SubShader
Tags { "Queue"="Transparent" "RenderType"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" }

// inside Pass
ZWrite Off
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

Alpha Testing / Cutout：

// inside SubShader
Tags { "Queue"="AlphaTest" "RenderType"="TransparentCutout" "IgnoreProjector"="True" }

// inside CGPROGRAM in the fragment shader:
clip(textureColor.a - alphaCutoffValue);

Alpha To Coverage：

// inside SubShader
Tags { "Queue"="AlphaTest" "RenderType"="TransparentCutout" "IgnoreProjector"="True" }

// inside Pass
AlphaToMask On

FallBack  "Diffuse" //如果以上SubShader渲染失败则回滚采用Diffuse