Standard.shader学习笔记

最近因工作需要研究了Unity自带的Standard.shader。标注一下，整个Unity内嵌的shader及库文件（cginc文件）都可以在官网下到。这里整理下之前没学到的知识，方便以后查看。

1.shader的构成

整体的Unity Shader结构如下：

Shader "ShaderName"
{
    Properties{}
    SubShader{
        Tags {}
        Pass
        {
            Tags { "LightMode" = "ForwardBase"}
            CGPROGRAM
            #pragma shader_feature _NORMALMAP
            vertOutput vert()
            color frag()
            ENDCG
      }
      Pass ....
  }
  SubShader...
}

其中一个Shader文件可能包含多个SubShader，这是根据硬件支持适配用的。实际执行时，只执行一个SubShader。
但是一个SubShader中的多个Pass是会依次执行的。

2.LightMode

第一部分中Pass块里Tags的LightMode是用来申明当前Pass渲染在光照模型中充当的角色。通常有一下几种：
1.Always：肯定会被执行，但是不渲染任何光源。
2.ForwardBase:渲染环境光（ambient light），主光源，顶点光源及Spherical Harmonics (SH)，
3.ForwardAdd: 按照逐像素渲染light，每个光执行一次该Pass
4.Deferred:延迟渲染，用到了g-buffer
5.ShadowCaster:将深度或者阴影信息渲染到shadowmap或者深度纹理中

3.前向渲染（Forward Rendering）

前向渲染中，最亮的光源会按照逐像素渲染，至多有4个点光源按照逐顶点渲染，剩下其他的按照SH方式进行渲染（渲染效果逐像素>逐顶点>SH，消耗亦然）。有以下几个原则决定光源按照何种方式渲染：
1.Light设置为Not Important肯定会按照逐顶点或者SH渲染
2 . 最亮的Light肯定是按照逐像素渲染的
3 . Light设置为Important按照逐像素渲染
4 .Quanlity Setting中的Pixel Light Count可以规定逐像素光源的上限
SH的优点及缺点：
优点：性能低消耗，没有任何GPU消耗
缺点：由于是在Vertex上进行计算，所以无法应用LIght Cookies和Normal Map。不合适应用在Surface很近的场景（显示会不正常）
一般来说，SH适合用在离光源较远的小物件上。

4.shader中的宏控制

可以通过#pragma multi_compile或者#progma shader_feature来声明宏开关。
使用类似于

#pragma multi_compile FANCY_STUFF_OFF FANCY_STUFF_ON

上面的语句会产生两个shader变体，一个定义了FANCY_STUFF_OFF，另一个定义了FANCY_STUFF_ON。只实际运行的时候，Unity会根据材质或keywords激活并使用其中的一个（如果两个keyword都没有Enable，则默认会使用第一个，即FACY_STUFF_OFF)。另外可以通过”__"的方式定义无宏开关的版本，例如：

#pragma multi_compile __ FOO_ON

执行上，shader_feature和multi_compile会有不同，具体表现在当宏是通过shader_feature定义的时候，如果宏没有被使用过，那么这个shader的变体不会包含在最后的build中。所以一般来说，通过Material设置的宏开关通过shader_feature定义，而通过Code控制的宏开关使用multi_compile来定义
有几点需要注意的地方：
1 .当有多行定义多个宏开关的时候，会产生爆发式数量的shader变体，例如：

#pragma multi_compile A B C
#pragma multi_compile D E

上面的语句总共会产生6个shader变体(A+D, B+D,C+D,A+E,B+E,C+E)
2 .宏开关的数量Unity是有限制的，其中全局256个，local 64个。可以使用shader_feature_loca及multi_compile_local定义local keywords。
3.常见的Unity自带的宏定义
multi_compile_fwdbase：编译所有会在PassType.ForwardBase
中用到的变量。
multi_compile_fwdadd：编译所有会在 PassType.ForwardAdd
中使用的变量。
#pragma skip_variants：用来跳过编译一些已知不会用到的变量，例如：

#pragma multi_compile_fwdadd
#pragma skip_variants POINT POINT_COOKIE

5.StandardShaderGUI

可以在Unity Shader的末尾声明以下语句来自定义Shader在Inspector上的显示

CustomEditor "BumpSpecularGUI"

BumpSpecularGUI继承自ShaderGUI,下面列举下自定义类的声明及一些关键函数

namespace UnityEditor
{
    internal class BumpSpecularGUI : ShaderGUI
    {
        public override void OnGUI(MaterialEditor materialEditor, MaterialProperty[] props)
        {
            //这里执行自定义Inspector的逻辑
            //另外一些材质宏开关也可以在这里控制，例如targetMat.EnableKeyword("REDIFY_ON");
        }

        public override void AssignNewShaderToMaterial(Material material, Shader oldShader, Shader newShader)
        {
              // 这个函数在赋予材质新的Shader时调用
              //重写这个函数时，务必调用基类实现
              base.AssignNewShaderToMaterial(material, oldShader, newShader);
        }
    }
}