【Unity Shaders】Mobile Shader Adjustment —— 为手机定制Shader

本系列主要参考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书（感谢原书作者），同时会加上一点个人理解或拓展。

这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源（当然你也可以从官网下载）。

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写在前面

在上一篇里，我们学习了一些技巧来初步优化Shader。这次，我们学习更多的技术来实现一个更复杂的Shader：Normal-Mapped Specular Shader。这些技术包括：使用光照函数的两个新变量halfasview或者approxview，减少使用的贴图数量，以及对贴图进行更好的压缩。

准备工作

1. 创建一个新的场景和一个球体，添加一个平行光。
2. 创建一个新的Shader和Material，可以命名为MobileShader。
3. 把Shader赋给Material，把Material赋给球体。

实现

1. 首先，还是修改Properties块。本节我们需要一张diffuse贴图，它的alpha通道值对应像素的光滑度（Gloss）；以及一张法线贴图，和高光指数的滑动条。
   

   	Properties {
   		_Diffuse ("Base (RGB) Specular Amount (A)", 2D) = "white" {}
   		_NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump"{}
   		_SpecIntensity ("Specular Width", Range(0.01, 1)) = 0.5
   	}

   
   解释：一直没有彻底搞懂Unity SurfaceOutput里面各变量的计算细节。这里再详细解释下。SurfaceOutput里面的内置变量可以见这篇，如下：
   

   struct SurfaceOutput {  
       half3 Albedo;      // 该像素的反射率，反应了像素的基色 
       half3 Normal;     // 该像素的法线方向
       half3 Emission;   // 该像素的自发光颜色，使得即便没有光照也可以物体本身也可以发出光
       half Specular;     // 该像素的高光指数  
       half Gloss;         // 该像素的高光光滑度，值越大高光反射越清晰，反之越模糊  
       half Alpha;         // 该像素的不透明度 
   };

   
   
2. 下面是建立#pragma声明。这可以控制Surface Shader各属性的开关，使得Shader更高效或者更低效：
   

   		CGPROGRAM
   		#pragma surface surf MobileBlinnPhong exclude_path:prepass nolightmap noforwardadd halfasview

   
   解释：忽略延迟光照，不支持光照贴图，只接受一个单一的平行光光源作为逐像素光源。最后，使用halfasview声明告诉Unity，我们使用一个介于光照方向和观察方向之间的half vector来代替真正的观察方向viewDir来计算光照函数。这将加速Shader的处理时间，因为这是基于逐顶点而非逐像素计算而得的。虽然这样得到的结果是近似值，但对于移动平台来说足够了。
   
   
3. 建立和Properties块中各变量的联系。和之前不同，我们这次使用fixed来得到高光指数滑条的值：
   

   		sampler2D _Diffuse;
   		sampler2D _NormalMap;
   		fixed _SpecIntensity;

   
   
4. 得到贴图的UV坐标。在上一篇就提过，为了节省变量空间，我们仅使用一个UV值：
   

   		struct Input 
   		{
   			half2 uv_Diffuse;
   		};

   
   
5. 由于我们在声明中添加了新的变量，我们可以在光照函数中使用新的参数：
   

   		inline fixed4 LightingMobileBlinnPhong (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed3 halfDir, fixed atten)
   		{
   			fixed diff = max (0, dot (s.Normal, lightDir));
   			fixed nh = max (0, dot (s.Normal, halfDir));
   			fixed spec = pow (nh, s.Specular * 128) * s.Gloss;
   			
   			fixed4 c;
   			c.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * diff + _LightColor0.rgb * spec) * (atten * 2);
   			c.a = 0.0;
   			return c;
   		}

   
   
6. 最后，我们在surf函数中完成对像素颜色的计算：
   

   		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) 
   		{
   			fixed4 diffuseTex = tex2D (_Diffuse, IN.uv_Diffuse);
   			o.Albedo = diffuseTex.rgb;
   			o.Gloss = diffuseTex.a;
   			o.Alpha = 0.0;
   			o.Specular = _SpecIntensity;
   			o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_Diffuse));
   		}

   
   
   

最后，得到的效果如下：

解释

我们最后总结一下使用过的所有技术：优化变量类型，共享UV坐标，减少处理的光源个数，让Shader只工作在特定的渲染器上，使用近似值代替精确值，以及减少或压缩贴图。