Shader专题：卡通着色控制颜色的艺术

Posted 2020-12-13 liangxiegame

什么是 Shader？

关于什么是 Shader ，各种百科各种教程都有说过，但是今天我们就从一个另一个角度去试着理解什么是 Shader？

我们先看下 Shade 的英文意思，如下：
v.给...遮挡（光线）；把...涂暗

其中 把...涂暗 更贴近我们想要的意思。
所以：Shader 这个单词从字面上理解，就是把什么东西涂暗。

再强调一次：Shader 从单词字面上理解，就是把什么东西涂暗。
再强调一次：把什么东西涂暗的就是 Shader，就是着色器。

Shader 把什么涂暗了？

当然是游戏世界的各个物体，总所周知：有光明就有黑暗，有光照物体就有明暗对比，同时也会有阴影，而 Shader 之所以叫 Shader 是因为起初的时候，Shader 就是用来给物体增加明暗对比的，有了明暗对比，物体在游戏世界中就会更加立体，从而画面会更加真实。

所以 Shader 的作用就是给物体添加明暗对比。

Shader 为什么叫 Shader

当然以上纯属个人推测。现在 Shader 不止可以给物体添加明暗对比，而且还可以做很多滤镜效果，也可以做很多性能优化（比如减少包大小、减少图片内存等）的事情。

也许，一开始给 Shader 起名叫 Shader 的时候，Shader 功能非常有限，仅仅只是给物体添加明暗对比（也就是光照计算），后来由于硬件和软件的发展， 很多离线渲染（电影 CG）的算法都逐步应用在实时渲染（主要是 游戏 和3D 仿真等），Shader 能做的事情就越来越多，发展到今天，Shader 主要的功能并不只有光照计算。这样导致，在概念理解上给很多初学者增加了很多阻碍。

教练有一次听过一位搞图形学的朋友说：“我们搞实时渲染的都是那些搞视频（离线渲染）玩剩的”。

Shader 是着色器

什么是 Shader，中文叫做着色器，也就是给物体上色的意思，也就是说写 Shader 就是给物体上色的艺术。而这个上色不只是简单的色彩填充，而是涵盖了非常多的技巧（几何计算、颜色计算、贴图等）

所以中文的着色器，是一个非常精准的翻译。

群内的笑笑说了一个比较不错的说法：Shader 主要是光线数据作用在不同数据的物体上产生不同效果。

Shader 学习的顺序

不管是 Shader 还是其它某个科目，都有一些最常用、最简单的知识点。

而这些知识点很容易学以致用，也就是说，这种知识点，我们学习完了就能马上落地。

所以，教练要做的就是，把 Shader 中的知识点按照是否常用和是否简单这两个维度进行排列筛选，然后把它们一个个整理成案例，这样童鞋们的学习体验就会大幅上升。

主题式研究第三个阶段

• 第一个阶段：确定主题（关键字)
• 第二个阶段：搜索资料、搜索信息（搜集情报）
• 第三个阶段：构建知识体系（画脑图、写大纲）

到此，Shader 这个主题，我们目前已经到了第三个阶段，也就是构建知识体系的阶段。

当然，这一整篇，都再讲，我们要怎么怎么做，接下来干吗，并没有学习 Shader 的任何一个知识点。

那么今天就学习一点 Shader 知识意思一下。

颜色的控制

现有一张贴图，如下：

用来控制颜色的 shader 代码如下:

float4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    // 图片上每个像素的颜色值
    float4 color = tex2D(_MainTex, i.uv);
                
    // 返回颜色，表示将改像素的颜色值输出到屏幕上
    return color;
}

我们只看方法中的代码，先不要在意一些细节。

虽然，我们没有 Shader 的语法学习经验，但是凭我们的 C# 经验，可以将上述代码推测个大概来。

首先 float4 是一个类型，可以存储 4 个 float 数值。而颜色一般都是由 r（red 红色）、g（green，绿色）、b（blue，蓝色）、a（alpha，透明度） 四个值控制。所以 float4 可以存储一个颜色。

现在，我们把图片中每个像素颜色重的红色值设置为 0，图片结果则如下所示:

代码如下所示：

float4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    // 图片上每个像素的颜色值
    float4 color = tex2D(_MainTex, i.uv);
                
    color.r = 0;

    // 返回颜色，表示将改像素的颜色值输出到屏幕上
    return color;
}

我们看到，图片变成了蓝绿色。

小结

Shader 是一门控制颜色的艺术，Shader 的核心也是如此。
在此篇，我们学习了 Shader 的两个重要知识点：

1. float4 结构体
2. 颜色的 rgb 控制

这两个知识点非常简单，也非常基础，但是是非常常用的两个知识点。

这片文章的内容就这些。

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