【Unity】Shader编程 基础总结

Shader编程一直是一个比较难入门难上手的主题，本篇对Unity Shader编程的一些基础和要点进行了总结。

包括Shader编程相关知识图谱、Shader编程相关数据类型、Shader核心结构体等（后续继续补充）。

每个部分相互独立，可以单独参考，亦可作为一个整体参考。

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一、 Shader编程知识图谱

（.xmind源文件下载地址：http://www.duzixi.com/doc/ShaderStudy.xmind）

之所以屏幕上能够看到一个模型物体，一个是要有这样的“形”，这个信息保存在网格（Mesh）里，另一方面就是有颜色，也就是材质（Material）材质。

当然还有一个前提，就是这个物体在可视范围之内，也就是Camera（摄像机）。

决定材质如何上色的方式，就是Shader（着色器），Shader编程中涉及到的一些基本概念与这三者紧密相关。

首先，网格的顶点坐标会直接影响像素着色的位置，法线和切线会影响光照阴影的呈现方式，而uv坐标决定了贴图采样的颜色等。

其次，Unity引擎中用脚本对Shader复制的方式是通过Material类（材质）的SetXXXX系列方法来实现的，它是脚本与Shader的重要接口之一。

最后，摄像机的位置决定了视线和世界坐标转视图坐标的矩阵值，而组件属性中渲染路径的选择也会决定Shader渲染所选择的通道。

即使没有编写过Shader，我们都在有意无意的使用Shader。

Unity引擎内置的Shader主要依据用途和呈现效果划分，

普通（Nromal）、透明（Transparent）、自发光（Self Illuminated）、反射（Reflective）这一部分内容官方文档已经解释得很详细了。

此外，粒子（Particle）这个系列的Shader特别值得一提。

为什么粒子特效会如此靓丽炫酷，带来视觉效果呢？

其实粒子材质，即Shader和贴图发挥了很大的作用。

Shader中的颜色模型是大家熟知的RGBA模型，单一颜色光的取值范围在0~1之间。

值越大，说明光越强，也就越亮；反之越暗。（0，0，0，1）为黑色，（1，1，1，1）为白色。

这决定了两种基本的颜色叠加模式：加法（Additive）和乘法（Multiply）。

前者越叠加越亮，后者越叠加越暗（可在Particle的内置Shader中找到）。

一个立体的3D模型，在一定的光照情况下，会是什么样子？

画面对“光”的呈现，是靠“影”来完成的。而英文中的“影”就是shade，是指有影的东西，按照英文语法习惯就是shader了。

所以着色器（Shader）的出发点和本元，应该是如何更好的产生阴影。

在计算机中，阴影的计算是靠光照模型完成的。

光照模型有很多，最基本的是以下两种：

• Lambert
• Blinn-Phong 

二、 Shader编程数据类型

有了基本的Shader编程知识之后，就可以尝试自己动手写Shader了。

Shader编程中比较麻烦的一点是，同一个变量在不同的语法阶段表示的方式不同，常用变量类型对照如下：

硬件平台	CPU	（Inspector面板设置）	GPU
变量类型	C#脚本语言	ShaderLab 属性	Cg语言
纹理贴图	Texture	2D	sampler2D
颜色	Color	Color	fixed4 / half4
3D贴图	Cubemap	Cube	sampleCUBE
4元素向量	Vector4	Vector	float4
浮点数	float	Float	float
浮点范围	float	Range	float
矩形纹理	Texture	Rect	sampleRect

Cg语言中颜色类型使用4维向量表示的，根据精度选择，可选用fixed4或者half4等。

三、 Shader核心结构体

（1）顶点着色器输入结构体

结构体也可以自定义，但是必须有位置信息

成员类型	成员名	结构体名：	appdata_base	appdata_tan	appdata_full	appdata_img
float4	vertex	位置	1	1	1	1
float3	normal	法线	1	1	1
float4	tangent	切线		1	1
fixed4	color	顶点颜色			1
float4	texcoord	纹理坐标0	1	1	1	1
fixed4	texcoord1	纹理坐标1			1

（2）表面着色器输出结构体

SurfaceOutput
half3	Abedo	反射光
half3	Normal	法线
half3	Emission	自发光
half	Specular	高光
half	Alpha	透明度

参考资料：

Shader编程参考资料整理如下：

【1】Unity 官方文档： Manual -> Graphics -> Graphics Reference -> Shader Reference 

【2】Unity内建Shader下载地址：http://unity3d.com/unity/download/archive

【3】Nvidia开发者入口：https://developer.nvidia.com

【4】AMD开发者入口：http://developer.amd.com/tools-and-sdks/