Unity Shader 学习之旅-初探

Posted 2020-12-24 firepad-magic

Unity Shader 学习之旅-初探

unity shader 图形图像 

美丽的梦和美丽的诗一样 都是可遇而不可求的——席慕蓉

最简单的顶点片元着色器

顶点片元着色器基本结构

Unity Shader基本结构：Shader ,Properties,SubShder,Fallback等。

结构

1.  

   ---

2. Shader "ShaderName"{ 

   ---

3. Properties{ 

   ---

4. //属性，暴露在inspector面板上 

   ---

5. } 

   ---

6.  

   ---

7. SubShader{ 

   ---

8. //针对显卡A的SubShader 

   ---

9. Pass{ 

   ---

10. //设置渲染状态和标签 

    ---

11.  

    ---

12. CGPROGRAM 

    ---

13. //该代码的编译指令，如： 

    ---

14. #pragma vertex vert 

    ---

15. #pragma fragment frag 

    ---

16.  

    ---

17. //CG代码 

    ---

18.  

    ---

19.  

    ---

20. ENDCG 

    ---

21. //其他设置 

    ---

22. } 

    ---

23. } 

    ---

24.  

    ---

25. SubShader{ 

    ---

26. //针对显卡B的SubShader 

    ---

27. } 

    ---

28.  

    ---

29. //上述SubShader都失败后调用回调的Unity Shader 

    ---

30. Fallback "VertexLit" 

    ---

31. } 

    ---

一个简单的示例

1. Shader "UnityShaderBoook/SimplerShader"{ 

   ---

2.  

   ---

3. //Properties并非必须，此shader中不声明任何材质属性 

   ---

4. SubShader{ 

   ---

5.  

   ---

6. Pass{  

   ---

7.  

   ---

8. CGPROGRAM 

   ---

9. //编译命令，指定顶点/片元着色器处理函数 

   ---

10. #pragma vertex vert 

    ---

11. #pragma fragment frag 

    ---

12.  

    ---

13. //顶点着色器代码，逐个顶点执行 

    ---

14. //使用POSITION语义指定函数的输入参数v为顶点的位置信息 

    ---

15. //SV_POSITION语义指明函数的返回值为顶点着色器输出的是裁剪空间中的位置 

    ---

16. //UnityObjectToClipPos则是Unity内置的模型-观察-投影矩阵，帮我们完成操作（mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)‘ 现已更新为‘UnityObjectToClipPos(*)‘） 

    ---

17. float4 vert(float4 v:POSITION):SV_POSITION{ 

    ---

18. return UnityObjectToClipPos(v); 

    ---

19. } 

    ---

20.  

    ---

21. //片元着色器，逐个面片执行 

    ---

22. //此片元着色器没有任何输入参数 

    ---

23. //SV_TARGET语义指定函数输出颜色存储一个渲染目标上 

    ---

24. //这里仅仅简单的返回表示白色的fixed4的变量 

    ---

25. fixed4 frag():SV_TARGET{ 

    ---

26. return fixed4(1.0,1.0,1.0,1.0); 

    ---

27. } 

    ---

28.  

    ---

29. ENDCG 

    ---

30. } 

    ---

31. } 

    ---

32.  

    ---

33.  

    ---

34. } 

    ---

当我们把使用该shader的材质赋给场景物体时，物体仅仅表现出单纯的白色。我们在shader中没有赋予它更丰富的内容，如法线，纹理等，所以他不会表现出任何深度，阴影等，当然也不会受到光照的影响。

注意：

1. POSITION和SV_POSITION都是CG/HLSL中的语义，他们是不可省略的，这些语义用来告诉系统输入值和输出值的含义。POSTION告诉Unity这里将模型的顶点数据传入到v参数，而SV_POSITION则告诉Unity顶点着色器输出的是裁剪空间中的顶点坐标。
2. UnityObjectToClipPos(v) 是mul(UNITY_MATRIX_MVP，v)更新后的函数，他是Unity内置函数，用来帮我们进行顶点坐标从模型空间转换到裁剪空间的转换。
3. SV_TARGET 是HLSL中的系统语义，它输出的是一个float4类型的变量，它等同于告诉渲染器，把用户的输出颜色存储到一个渲染目标中，有时也使用COLOR代替，考虑到平台的通用性最好使用SV_TARGET。
4. 模型空间：模型空间我们可以理解为模型自身的局部坐标，一个模型上的顶点位置信息，都是依托自身的局部坐标的，但当我们把它放到场景中的时候，就需要我们转换这些信息来使用。
5. 裁剪空间：可以简单的理解为Unity中摄像机视椎体包围的空间，不在其空间内的信息将会被剔除，保留的信息后续会被投影到屏幕上被看到。

顶点着色器与片元着色器之间通信

片元着色器是无法直接获取陈模型的顶点信息的，这时就需要我们通过使用结构体作为媒介，有顶点着色器向片元着色器传递一些数据，如：模型法线，纹理坐标等。

示例

1. // Upgrade NOTE: replaced ‘mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)‘ with ‘UnityObjectToClipPos(*)‘ 

   ---

2.  

   ---

3. Shader "UnityShaderBoook/vert2frag"{ 

   ---

4. Properties { 

   ---

5. _Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1) 

   ---

6. } 

   ---

7. //Properties并非必须，此shader中不声明任何材质属性 

   ---

8. SubShader{ 

   ---

9.  

   ---

10.  

    ---

11. Pass{  

    ---

12.  

    ---

13. CGPROGRAM 

    ---

14. //编译命令，指定顶点/片元着色器处理函数 

    ---

15. #pragma vertex vert 

    ---

16. #pragma fragment frag 

    ---

17.  

    ---

18. uniform fixed4 _Color; 

    ---

19. //结构体用于指定向顶点着色器传递的信息 

    ---

20. struct a2v{ 

    ---

21. float4 vertex:POSITION;//模型的顶点坐标 

    ---

22. float4 normal:NORMAL;//模型的法线信息 

    ---

23. float4 texcoord:TEXCOORD0;//模型的第一套纹理 

    ---

24. }; 

    ---

25.  

    ---

26. //结构体指定了顶点着色器向片元着色器传出的信息 

    ---

27. struct v2f{ 

    ---

28. float4 pos:SV_POSITION;//裁剪空间中的坐标信息 

    ---

29. fixed3 color:COLOR0;//COLOR0语义可用来存储颜色信息 

    ---

30. }; 

    ---

31.  

    ---

32. v2f vert(a2v v) { 

    ---

33. v2f o; 

    ---

34. o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); 

    ---

35. o.color = v.normal * 0.5 + fixed3(0.5, 0.5, 0.5); 

    ---

36. return o; 

    ---

37. } 

    ---

38.  

    ---

39.  

    ---

40. //接收传入的信息 

    ---

41. fixed4 frag(v2f i):SV_TARGET{ 

    ---

42. fixed3 c = i.color; 

    ---

43. c *= _Color.rgb; 

    ---

44. return fixed4(c, 1.0); 

    ---

45. } 

    ---

46.  

    ---

47. ENDCG 

    ---

48. } 

    ---

49. } 

    ---

50.  

    ---

51.  

    ---

52. } 

    ---

注意： 顶点着色器是逐个顶点调用的，片元着色器是逐片元调用的。片元着色器中的输入实际是吧顶点着色器的输出插值后得到的结果。