Unity Shader 入门（零基础到敢上手敲Shader）

目录

 

 创建Shader

一.Standard Surface Shader

二.Unlit Shader

三.Image Effect Shader

四.Compute Shader

五.Ray Tracing Shader

着色器语言

Shader默认代码格式和一些常用API讲解

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 创建Shader

一.Standard Surface Shader

标准表面着色器，它是一种基于物理的着色系统，可以理解为 它是通过对物理现象的简单模拟，可以实现生活中各种物品的效果，比如石头、木材、玻璃、塑料和金属等等。

二.Unlit Shader

它是最简单的着色器，与 Standard Surface Shader 相比，它去除了冗长的光照公式以及阴影解算，因此得名 Unlit，翻译过来就是无光照，也正因如此，它只由最基础的 Vertex Shader 和 Fragment Shader 组成，最为基础易懂。

三.Image Effect Shader

它其实也是也是顶点片元着色器，不过它主要针对实现各种屏幕后处理效果，那后处理是什么呢？一般像是泛光、调色、景深、模糊等基于最终整个屏幕画面而进行再次处理的就是后处理，这里做个简单的了解即可。

四.Compute Shader

计算着色器，它是在GPU中运行的一段程序，独立于常规渲染管线之外的，它可以直接将GPU作为并行处理器加以利用，从而使GPU不仅具有3D渲染能力，还具有其他的运算能力。一般会在需要大量并行计算的时候使用。

五.Ray Tracing Shader

光线追踪着色器，光线追踪是指从摄像机出发的若干条光线，每条光线会和场景里的物体求交，根据交点位置获取表面的材质、纹理等信息，并结合光源信息计算光照。相对于传统的光栅化渲染，光线追踪可以轻松模拟各种光学效果，如反射、折射、散射、色散等。但由于在进行求交计算时需要知道整个场景的信息，它的计算成本也是非常高的。

着色器语言

Unity为我们封装的着色器语言，而目前主流的着色器语言有3种，基于OpenGL的GLSL / 基于DX的HLSL / NVIDIA公司的CG。

GLSL与HLSL分别是基于OpenGL和Direct3D的接口，两者不能混用。而CG则是为了使图形硬件的编程变得和 C语言编程一样方便自由，它本身基于C语言。如果你之前使用过C系语言其中的任意一个，那CG的语法也是比较容易掌握的。但其实由于Microsoft和NVIDIA的相互协作，他们在标准硬件光照语言的语法和语义上达成了一致，所以HLSL和Cg其实可以看为是同一种语言。

而ShaderLab则是Unity在HLSL和CG的基础之上封装的只属于Unity的着色器语言，它的灵活性更高，而且不再需要将 Shader 的配置 硬写在引擎代码中，本质是在底层着色语言的基础上，额外提供了声明信息，以数据驱动的方式使我们在渲染管线内自由发挥。

GLSL（OpenGL）：跨平台、没有提供着色器编译器、依靠显卡驱动完成编译工作、不同显卡不同驱动编译效果不同。
HLSL（DirectX）：微软提供着色器编译器、不同硬件效果相同但是只限windows、xbox等。
CG：真正意义跨平台、微软NVIDIA合作，根据不同平台编译成相应的中间语言。

Shader默认代码格式

拿 Unlit Shader举例子

// Shader 的路径名称  默认为文件名,也可以与文件名不同
Shader "Unlit/TestShader"
{    
    // 属性 
    // Material Inspector显示的所有参数都在需要在这里进行声明
    Properties
    {
        // 通常所有属性名都以下划线字符开头 _MainTex
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    // 子着色器 
    // 一个Shader至少有一个或者多个子着色器SubShader，这些子着色器互不干扰，且只有一个会运行
    // 在加载shader时Unity会遍历所有SubShader列表，并最终选择用户机器支持的第一个
    SubShader
    {
        // 可以通过Tags来向子着色器分配标签
        // 只可以写在SubShader语块内,不可写在Pass内
        // 以键值对的形式存在,可以出现多个键值对
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        // RenderPipeline: 声明子着色器是否与通用渲染管线 (URP) 或高清渲染管线 (HDRP) 兼容
        // 仅与 URP 兼容
        // Tags { "RenderPipeline"="UniversalRenderPipeline" }
        // 仅与 HDRP 兼容
        // Tags { "RenderPipeline"="HighDefinitionRenderPipeline" }
        // RenderPipeline不声明或任何其他值表示与 URP 和 HDRP 不兼容
        LOD 100
        // 每个子着色器由多个通道组成，许多简单的着色器只使用一个通道，但想要一些更复杂的效果，着色器可能需要更多通道
        // 一个Pass就是一次绘制，可以看成是一个Draw Call而Pass的意义在于多次渲染，
        // 如果你有一个Pass，那么着色器只会被调用一次，如果你有多个Pass的话，
        // 那么就相当于执行多次SubShader了，这就叫双通道或者多通道。

        // Draw Call：其实就是CPU调用图像编程接口的渲染命令，CPU每次调用DrawCall，都需要向GPU发送许多数据啊、渲染状态等等，
        // 一旦CPU执行完应用阶段，GPU就会开始执行这次的渲染流程。而GPU渲染的速度比CPU提交命令的速度要快的多，
        // 所以如果DrawCall数量过多的情况下，CPU需要进行大量的计算，进而就会导致CPU过载，影响游戏的运行效率。
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            // 声明顶点着色器
            #pragma vertex vert
             // 声明像素着色器
            #pragma fragment frag
             // 使雾生效
            #pragma multi_compile_fog
             // 引用CG的核心代码库
            #include "UnityCG.cginc"

             // 应用程序阶段结构体
            struct appdata
            {
                // 模型空间的顶点坐标
                float4 vertex : POSITION;
                // 模型的第一套UV坐标
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };
            //顶点和纹理
            struct v2f
            {
                // UV
                float2 uv : TEXCOORD0;
                UNITY_FOG_COORDS(1)
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            // 定义顶点着色器函数 函数名要与声明顶点着色器名称相同
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
                return o;
            }

            // SV_Target可以视为COLOR ，虽说他也是作为输出值输出给系统的
            // 但它其实是告诉系统把输出的颜色值存储到RenderTarget中
            // 所以这里我们用SV_Target
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // sample the texture
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                // apply fog
                UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col);
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

Shader一些常用API讲解

// Shader 的路径名称  默认为文件名,也可以与文件名不同
Shader "Unlit/TestShader"
{
    // 属性 
    // Material Inspector显示的所有参数都在需要在这里进行声明
    Properties
    {
        // 通常所有属性名都以下划线字符开头 _MainTex
        _MainTex("Texture", 2D) = "white" { }

    // 比较常见的属性类型
    // ————————————————————————————————————————————————
    _Integer("整数(新版)", Integer) = 1
    _Int("整数(旧版)", Int) = 1
    _Float("浮点数", Float) = 0.5
    _FloatRange("浮点数滑动条", Range(0.0, 1.0)) = 0.5
        // Unity包含以下内置纹理, 可以直接填充
        // “white”（RGBA：1,1,1,1）
        // “black”（RGBA：0,0,0,1）
        // “gray”（RGBA：0.5,0.5,0.5,1）
        // “bump”（RGBA：0.5,0.5,1,0.5）
        // “red”（RGBA：1,0,0,1）
        _Texture2D("2D纹理贴图", 2D) = "red" { }
    // 字符串留空或输入无效值，则它默认为 “gray”
    _DefaultTexture2D("2D纹理贴图", 2D) = "" { }
    // 默认值为 “gray”（RGBA：0.5,0.5,0.5,1）
    _Texture3D("3D纹理贴图", 3D) = "" { }
    _Cubemap("立方体贴图", Cube) = "" { }
    // Inspector会显示四个单独的浮点数字段
    _Vector("Example vector", Vector) = (0.25, 0.5, 0.5, 1)
        // Inspector会显示拾色器拾取色彩RGBA值
        _Color("色彩", Color) = (0.25, 0.5, 0.5, 1)
        // ————————————————————————————————————————————————

        // 除此之外 属性声明还可以具有一个可选特性 用来告知Unity如何处理它们
        // HDR可以使色彩亮度的值超过1
        [HDR]_HDRColor("HDR色彩", Color) = (1, 1, 1, 1)
        // Inspector隐藏此属性
        [HideInInspector]_Hide("看不见我~", Color) = (1, 1, 1, 1)
        // Inspector隐藏此纹理属性的Scale Offset字段
        [NoScaleOffset]_HideScaleOffset("隐藏ScaleOffset", 2D) = "" { }
    // 指示纹理属性为法线贴图，如果分配了不兼容的纹理，编辑器则会显示警告。
    [Normal] _Normal("法线贴图", 2D) = "" { }
    }

        // 子着色器 
        // 一个Shader至少有一个或者多个子着色器SubShader，这些子着色器互不干扰，且只有一个会运行
        // 在加载shader时Unity会遍历所有SubShader列表，并最终选择用户机器支持的第一个
        SubShader
    {
        // 可以通过Tags来向子着色器分配标签
        // 只可以写在SubShader语块内,不可写在Pass内
        /* 以键值对的形式存在,可以出现多个键值对
        Tags {
            "TagName1" = "Value1"
            "TagName2" = "Value2"
            "TagName3" = "Value3"
            ...
            }
        */

        // RenderPipeline: 声明子着色器是否与通用渲染管线 (URP) 或高清渲染管线 (HDRP) 兼容
        // 仅与 URP 兼容
        // Tags { "RenderPipeline"="UniversalRenderPipeline" }
        // 仅与 HDRP 兼容
        // Tags { "RenderPipeline"="HighDefinitionRenderPipeline" }
        // RenderPipeline不声明或任何其他值表示与 URP 和 HDRP 不兼容
        // ————————————————————————————————————————————————

        // Queue: 声明渲染队列
        // Tags { "Queue"="Background" } // 最早被调用的渲染，用来渲染天空盒或者背景
        // Tags { "Queue"="Geometry" }   // 这是默认值，用来渲染非透明物体（普通情况下，场景中的绝大多数物体应该是非透明的）
        // Tags { "Queue"="AlphaTest" }  // 用来渲染经过Alpha Test的像素，单独为AlphaTest设定一个Queue是出于对效率的考虑
        // Tags { "Queue"="Transparent" }// 以从后往前的顺序渲染透明物体
        // Tags { "Queue"="Overlay" }    // 用来渲染叠加的效果，是渲染的最后阶段（比如镜头光晕等特效）
        // ————————————————————————————————————————————————

        // RenderType: 用来区别这个Shader要渲染的对象是属于什么类别的。
        // 设置渲染类型 用一种称为着色器替换的技术在运行时交换子着色器,用来区别这个Shader要渲染的对象是属于什么类别的
        // 这里表示非透明物体渲染
        Tags { "RenderType" = "Opaque" }
        // 更多详细内容可参考官网文档 https://docs.unity.cn/cn/2021.3/Manual/SL-SubShaderTags.html

        // LOD (Level of Detail)
        LOD 100

        // 每个子着色器由多个通道组成，许多简单的着色器只使用一个通道，但想要一些更复杂的效果，着色器可能需要更多通道
        // 一个Pass就是一次绘制，可以看成是一个Draw Call而Pass的意义在于多次渲染，
        // 如果你有一个Pass，那么着色器只会被调用一次，如果你有多个Pass的话，
        // 那么就相当于执行多次SubShader了，这就叫双通道或者多通道。

        // Draw Call：其实就是CPU调用图像编程接口的渲染命令，CPU每次调用DrawCall，都需要向GPU发送许多数据啊、渲染状态等等，
        // 一旦CPU执行完应用阶段，GPU就会开始执行这次的渲染流程。而GPU渲染的速度比CPU提交命令的速度要快的多，
        // 所以如果DrawCall数量过多的情况下，CPU需要进行大量的计算，进而就会导致CPU过载，影响游戏的运行效率。
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            // 声明顶点着色器
            #pragma vertex vert
            // 声明像素着色器
            #pragma fragment frag
            // 使雾生效
            #pragma multi_compile_fog

            // 引用CG的核心代码库
            # include "UnityCG.cginc"

            // 应用程序阶段结构体
            struct appdata
            {
        // 参考：https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl-semantics
        // POSITION 着色器语言的语义，用来限定着色器的输入输出值的类型
        // 模型空间的顶点坐标
        float4 vertex : POSITION;
        // 模型的第一套UV坐标
        float2 uv : TEXCOORD0;
    };

    struct v2f
    {
        // UV
       float2 uv : TEXCOORD0;
       UNITY_FOG_COORDS(1)
           // SV_POSITION 当这个值需要作为输出值输出给系统用的时候 前面需要加SV_前缀
           // 当然因为有向下兼容的机制 不加也没啥太大问题
           float4 vertex : SV_POSITION;
       };

    // 在Properties中声明的参数要在这里相对应的定义后才可以使用
    sampler2D _MainTex;
    float4 _MainTex_ST;

    // 定义顶点着色器函数 函数名要与声明顶点着色器名称相同
    v2f vert(appdata v)
    {
        v2f o;
        // 将顶点坐标从模型空间变换到裁剪空间
        o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        // Transforms 2D UV by scale/bias property
        // #define TRANSFORM_TEX(tex,name) (tex.xy * name##_ST.xy + name##_ST.zw)
        // 等价于v.uv.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
        // 简单来说，TRANSFORM_TEX主要作用是拿顶点的uv去和材质球的tiling和offset作运算，
        // 确保材质球里的缩放和偏移设置是正确的
        o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
        UNITY_TRANSFER_FOG(o, o.vertex);
        return o;
    }

        // SV_Target可以视为COLOR ，虽说他也是作为输出值输出给系统的
        // 但它其实是告诉系统把输出的颜色值存储到RenderTarget中
        // 所以这里我们用SV_Target
        fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
        {
            // 采样2D纹理贴图
            fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
            // 应用雾
            UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col);
            // 返回经过处理后的最终色彩
            return col;
        }
        ENDCG
        }
    }
}

 本内容部分来着Unity官方文档和Unity官方教学视频