Unity Shaders学习笔记之表面着色器

Posted 2022-06-29 程序员小毛驴

一、表面着色器

   1.1 简介

  表面着色器代码直接在SubShader中编写，不需要使用Pass，编译器会将代码编译到合适的Pass中

   1.2 标签 

  硬件将通过判定标签来决定什么时候调用该着色器

  属性RenderType：
  值Opaque:在渲染非透明物体时调用
  值Transparent:表示渲染含有透明效果的物体时调用
  例：Tags "RenderType"="Opaque"

   1.3 申明变量

#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams] //声明写一个表面Shader

名字	说明
surface	申明这是表面着色器
surfaceFunction	着色方法的名字，如surf，在下面会出现surf函数
lightModel	使用的光照模型，如Lambert(就是普通的diffuse)

顶点处理函数 -> 表面处理函数 -> 光照模型函数 ->颜色值
sampler2D _MainTex;

sampler2D就是GLSL中的2D贴图的类型，相应的还有sampler1D，sampler3D，samplerCube等格式

提问：在property中已经定义过_MainTex了，这里为什么又要声明一次呢？
 答：这个shader是由两个相对独立的块组成的，外层的属性、回滚等是Unity可以使用和编译的ShaderLab；CGPROGRAM...ENDCG代码块是一段CG程序。对于这段CG程序，要想访问在Properties中定义的变量，必须使用和之前变量相同的名字进行声明。sampler2D _MainTex; 再次声明并链接了_MainTex，使得接下来的CG程序能够使用这个变量

   1.4 函数定义

  在#pragma段已经指出了着色方法的名字叫做surf，这段surf代码就是着色器的工作核心。着色器就是给定了输入，然后给出输出进行着色的代码CG规定了声明为表面着色器的方法（这里是surf函数）的参数类型和名字，因此我们没有权利决定surf的输入输出参数的类型，只能按照规定写。这个规定就是第一个参数是一个Input结构，第二个参数是一个inout的SurfaceOutput结构接下来分别介绍Input、SurfaceOutput结构。

   1.5 Input结构

  Input是需要我们去定义的结构，可以把所需要参与计算的数据都放到这个Input结构中，传入surf函数使用作为输入的结构体必须命名为Inputfloat和vec都可以在之后加入一个2到4的数字，来表示被打包在一起的2到4个同类型数，如float2表示由两个float数构成的一个数据变量的访问：可以只使用名称来获得整组值，也可以使用下标的方式（比如.xyzw，.rgba或它们的部分比如.x等）来获得某个值。在CG程序中约定，在一个贴图变量（如_MainTex）之前加上uv两个字母，就代表提取它的uv值UV mapping的作用是将一个2D贴图上的点按照一定规则映射到3D模型上，是3D渲染中最常见的一种顶点处理手段。

  1.5 SurfaceOutput结构

  着色函数已经定义好了输出结构，但内容是空白的，需要向里面填写输出，这样就可以完成着色了

truct SurfaceOutput 
half3 Albedo; //像素的颜色，反射值
half3 Normal; //像素的法向值
half3 Emission; //像素的发散颜色
half Specular; //像素的镜面高光
half Gloss; //像素的发光强度
half Alpha; //像素的透明度
;

half指的是半精度浮点数，精度最低，运算性能相对比高精度浮点数高一些，因此被大量使用

  1.5 表面着色函数

  在计算输出时Shader会多次调用surf函数，每次给入一个贴图上的点坐标，来计算输出，然后把输出结构填上函数tex2d：这是CG程序中用来在一张贴图中对一个点进行采样的方法，返回一个float4。这里对_MainTex在输入点上进行了采样，并将其颜色的rbg值赋予了输出的像素颜色，将a值赋予透明度。于是，着色器就明白了应当怎样工作：即找到贴图上对应的uv点，直接使用颜色信息来进行着色Unity中cg函数的路径： C:\\ProgramFiles\\Unity\\Editor\\Data\\CGIncludes ，查看UnityCG.cginc文件

二、代码示例

1.在Unity编辑器的Project面板上，点击Assets文件，选择Create|Folder，命名为Materials 2.创建另一个文件夹Create|Shader 3.创建一个Shader文件 命名为BasicDiffuse 如下图
4.创建一个材质球 命名为BasicDiffuse 如下图

5.双击BasicDiffuse着色器，打开MonoDevelop,你会看到Unity已经为我们添加了一些基本的着色器代码。

Shader "liulongling/BasicDiffuse" 
	Properties 
		_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
		_MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" 
		_Glossiness ("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
		_Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0
	
	SubShader 
		Tags  "RenderType"="Opaque" 
		LOD 200
		
		CGPROGRAM
		// Physically based Standard lighting model, and enable shadows on all light types
		#pragma surface surf Standard fullforwardshadows

		// Use shader model 3.0 target, to get nicer looking lighting
		#pragma target 3.0

		sampler2D _MainTex;

		struct Input 
			float2 uv_MainTex;
		;

		half _Glossiness;
		half _Metallic;
		fixed4 _Color;

		void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) 
			// Albedo comes from a texture tinted by color
			fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
			o.Albedo = c.rgb;
			// Metallic and smoothness come from slider variables
			o.Metallic = _Metallic;
			o.Smoothness = _Glossiness;
			o.Alpha = c.a;
		
		ENDCG
	 
	FallBack "Diffuse"

6.现在我们需要给着色器一个自定义文件夹路径。着色器代码中的第一行是对着色器的自定义描述，这样我们可以在着色器的下拉列表中找到它，并且将它赋给在第四步创建BasicDiffuse材质球。如图所示：

7.选中BasicDiffuse材质球，在Inspector面板点击select，给它添加一张纹理图片


8.创建3个Sphere,我们把BasicDiffuse材质球拖到其中一个Sphere上 看看有什么效果 参考资料：
<< Unity Shaders and Effects Cookbook>>
   作者： 小毛驴，一个游戏人　
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