Unity Shader——Writing Surface Shaders(0)
从今天起，开始翻译Unity关于shader的官方文档。翻译水平比较一般，目的主要是通过翻译来提升对shader的见解，也让其他人更容易的了解shader。以下开始正文内容：
编写Surface Shaders
和光交互的shader写起来很复杂，有不同的光照类型、阴影选项、渲染路径（正向渲染和延迟渲染），有时shader需要考虑所有的复杂性。
Unity中的Surface Shader是一个代码生成器，用它来写光照shader（lit shader）相比于使用低阶的顶点/像素shader（vertex/pixel shader）程序，会更加容易。注意Surface Shader中并没有固定的语言和奇幻的东西（magic or ninjas involved）。它仅仅是生成原本必须由手工重复编写的代码。你也可以用Cg/HLSL来写shader代码。
这里有一些例子： Surface Shader Examples、Surface Shader Custom Lighting Examples。
它如何工作
你定义一个“surface 函数”，其输入是你所需要的任意UVs或数据，输出是SurfaceOutput数据结构。SurfaceOutput简单地描述了surface的属性（properties of the surface），如反射率颜色（albedo color）、法线（normal）、散射（emission）、镜面反射（specularity ）等。
Surface Shader编译器会确定需要什么输入，有什么输出等，也会产生实际的顶点&像素shader（vertex&pixel shaders），以及渲染路径来处理正向和延迟渲染。
surface标准的输出结构如下：
struct SurfaceOutput
2 { 3 fixed3 Albedo; // 漫反射颜色 4 fixed3 Normal; // 切线空间法线，如果赋值的话 5 fixed3 Emission; 6 half Specular; // 高光强度，范围是0-1 7 fixed Gloss; // specular intensity 8 fixed Alpha; // 透明度 9 };
在Unity 5中，surface shader 也能使用物理光照模型。内建的标准和标准镜面光照模型（见下文）分别使用以下输出结构：
struct SurfaceOutputStandard
{
fixed3 Albedo; // 基础 (漫反射或镜面反射) 颜色
fixed3 Normal; // 切线空间法线，如果赋值的话
half3 Emission; half Metallic; // 0=非金属, 1=金属 half Smoothness; // 0=粗糙, 1=光滑 half Occlusion; // 遮挡(默认1) fixed Alpha; // 透明度 }; struct SurfaceOutputStandardSpecular { fixed3 Albedo; // 漫反射颜色 fixed3 Specular; // 镜面反射颜色 fixed3 Normal; // 切线空间法线，如果赋值的话 half3 Emission; half Smoothness; // 0=粗糙, 1=光滑 half Occlusion; // 遮挡(默认1) fixed Alpha; // 透明度 };
例子
参见：Surface Shader Examples, Surface Shader Custom Lighting Examples and Surface Shader Tessellation。
Surface Shader编译指令
Surface shader放在CGPROGRAM..ENDCG块中，就像其他任何的shader一样。不同处在于：
- 它必须放在SubShader块中，而不是Pass中。Surface shader将会自动编译进多个pass中。
- 它使用#pragma surface ...指令来指示它是Surface shader。
#pragma surface指令如下：
#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]
必须参数
- surfaceFunction — 拥有surface shader代码的Cg函数。此函数应有这样的格式：void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)，其中Input是你定义好的结构，它应该包含任何纹理坐标以及surface函数所需的额外的自动变量。 lightModel — 要使用的光照模型。内建的光照模型是基于物理的标准和标准镜面光照模型，以及简单的非物理Lambert（漫反射）和BlinnPhong（镜面）光照模型。参见
-
来学习如何编写。
- 标准光照模型使用SurfaceOutputStandard输出结构，并匹配Unity中的标准（金属工作流）shader。
- 标准镜面光照模型使用SurfaceOutputStandardSpecular输出结构，并匹配Unity中的标准（高光设置）shader。
- Lambert和BinnPhong光照模型是不基于物理的（来自Unity 4.x），但是使用它们的shader在低配电脑上能够渲染地更快。
可选参数
透明度和alpha测试（Transparency and alpha testing）由alpha和alphatest指令控制。通常透明度有两种类型：传统alpha混合（用于对象淡出）或更逼近物理的“混合预乘”（允许半透明的表面保持合适的镜面反射）。开启半透明度使得产生的surface shader代码包含blending指令：基于给定的变量，开启alpha裁剪将会在生成的像素shader中进行碎片丢弃。
alpha或alpha:auto — 将会选择fade-transparency (同alpha:fade)作为简单的光照函数，选择premultiplied transparency (同alpha:premul)作为物理光照函数。alpha:fade— 允许传统的透明度渐隐。alpha:premul— 允许预乘alpha透明度。alphatest:VariableName— 允许alpha裁剪透明度。截断值是一个名为VariableName的float类型变量。你还可以使用addshadow指令来生成合适的投影通道。keepalpha— 默认alpha通道中的不透明度为1.0（白色），无论输出结构中的Alpha是多少或者光照函数的返回值是多少。decal:add— 附加的贴花shader（如terrain AddPass）。这对位于其他表面正上方和使用附加混合的对象来说是有意义的。decal:blend— 半透明贴花shader。这对位于其他表面正上方和使用alpha混合的对象来说是有意义的。
定制修改器函数（Custom modifier functions）能够用来改变或者计算输入的顶点数据，或者改变最终计算出的片段颜色。
vertex:VertexFunction— 定制顶点修改器函数. 此函数在生成的顶点shader的开始处被调用，可以修改或计算预顶点数据，参见 Surface Shader Examples。finalcolor:ColorFunction— 定制的最终颜色修改器函数。参见Surface Shader Examples。
阴影和镶嵌（Shadows and Tessellation）— 附加指令，用于控制阴影和镶嵌的处理。
addshadow— 生成一个投影通道。一般还要使用定制顶点修改器，这样投影也能获取任何程序上的顶点动画。 当shader通过fallback来使用投影时，通常不需要任何特别的阴影处理。fullforwardshadows— 支持 Forward 渲染路径中所有的光照阴影模型。默认shader只支持正向渲染中来自单方向光产生的阴影。如果你需要用点光源或聚光光源来产生阴影，使用该指令。tessellate:TessFunction— 使用DX11 GPU 镶嵌; 该函数计算镶嵌因子。详情参见 Surface Shader Tessellation。
代码生成选项 — 默认生成的surface shader代码会尝试去处理所有可能的光照/阴影/光照贴图场景。尽管如此，在某些情况下你并不需要其中一些，你可以调整生成的代码来跳过它们。这样就能产生更小、加载速度更快的shader。
exclude_path:deferred,exclude_path:forward,exclude_path:prepass- 对于给定的渲染路径(分别是Deferred Shading, Forward 和 Legacy Deferred)，不生成相应的通道。noshadow— 在此shader中关闭所有支持阴影功能。noambient— 不应用任何环境光或光照探测（light probes）。novertexlights— 不在正向渲染中应用任何光照探测或预顶点光照。nolightmap— 在此shader中关闭所有支持光照贴图功能。nodynlightmap— 在此shader中关闭支持运行时动态全局光照（runtime dynamic global illumination）功能。nodirlightmap- 在此shader中关闭支持方向光照贴图功能。nofog— 关闭内建的支持所有雾效果功能。nometa— 不产生“meta”通道（该meta用来由光照贴图和动态全局光照提取表面信息）。noforwardadd— 关闭Forward 渲染附加通道。 这使得shader支持单方向完全光照，以及所有其他由每个顶点/SH计算的光照。同时使得shader更小。
混合选项
softvegetation— 当柔性植被开启时，surface shader才会被渲染。interpolateview— 在顶点shader中计算视线方向并进行插值，而不是在像素shader中进行计算。这使得像素shader更快，但会多消耗一个纹理插值器。halfasview— 将half-direction 向量，而不是视线方向向量，传递给光照函数。Half-direction 将被逐顶点计算和单位化。这会更快，但不会完全正确。approxview— 在Unity 5.0中被移除，请用interpolateview替代。dualforward- 在forward渲染路径中使用dual lightmaps 。
要了解使用上述不同选项所带来确切的变化，使用Shader Inspector中的“Show Generated Code” 按钮将会有所帮助。
Surface Shader 输入结构
输入结构 Input 通常有shader所需的任意纹理坐标。纹理坐标必须命名为“uv”+“纹理名称”（或者以“uv2”开头，来使用第二个纹理坐标集）。
输入结构中还能放入一下额外的变量：
float3 viewDir— 将会包含视线方向，用来计算视差影响，边缘光照等。float4withCOLORsemantic — 将会包含每个顶点插值后的颜色。float4 screenPos— 将会包含反射或屏幕空间影响下的屏幕空间坐标。float3 worldPos— 将会包含世界空间坐标。float3 worldRefl— 如果surface shader没有赋值o.Normal，将会包含世界反射向量。参见例子：Reflect-Diffuse shader。float3 worldNormal— 如果surface shader没有赋值o.Normal，将会包含世界法向量。float3 worldRefl; INTERNAL_DATA— 如果surface shader没有赋值o.Normal，将会包含世界法向量。为了获得逐像素法线贴图的反射向量，请使用WorldReflectionVector (IN, o.Normal)。参见例子：Reflect-Bumped shader。float3 worldNormal; INTERNAL_DATA— 如果surface shader没有赋值o.Normal，将会包含世界法向量。为了获得逐像素法线贴图的法向量，请使用WorldNormalVector (IN, o.Normal)。
Surface shaders 和 DirectX 11
目前，surface shader编译管道的部分内容并不能理解 DirectX 11-特定的HLSL 语法， 所以如果你在使用HLSL特性，诸如StructuredBuffers, RWTextures 和其他非DX9 语法，你必须将之包含在只针对DX11的预处理器宏中。详情参见Platform Specific Differences 。