Unity Shaders学习笔记——SurfaceShader认识结构

Posted 2020-07-26 池月

【Unity Shaders】学习笔记——SurfaceShader（一）认识结构

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写作本系列文章时使用的是Unity5.3。
写代码之前：

1. 当然啦，如果Unity都没安装的话肯定不会来学Unity Shaders吧？

2. 阅读本系列文章之前你需要有一些编程的概念。

3. 在VS里面，Unity Shaders是没有语法高亮显示和智能提示的，VS党可以参考一下这篇文章使代码高亮显示，也可以下载shaderlabvs或NShader之类的插件使代码高亮显示。

4. 这是针对小白的Unity Shaders的基础知识，如果你已经有了基础或者你是大神，那么这些文章不适合你。

5. 由于作者水平的局限，文中或许会有谬误之处，恳请指出。

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现在我们就要正式开始写Unity Shaders了~

1. 新建Unity Project。
2. 在Assets文件夹下新建三个文件夹：Materials、Shaders、Textures。
3. 在Shaders文件夹下右键，Create-Shader-Standard Surface Shader，命名为MySurfaceShader。
4. 在Materials文件夹下新建Material，命名为MySurfaceShader，将它的Shader改为新建的Shader。
5. 新建一个Cube，将新建的材质赋给它。

如果你使用的是低于5.3的版本，你的右键菜单里不会有那么多种Shader，直接创建就好。直接创建的Shader代码和Standard Surface Shader不同，其实就是比Standard Surface Shader更为简化一点，听了解释你就会明白。
右键菜单里总共有四种Shader，分别是Standard Surface Shader、Unlit Shader、ImageEffect Shader、Compute Shader。
Unlit Shader和ImageEffect Shader都是Vertex&Fragment Shader，Compute Shader上一篇文章里讲过。

让我们打开MySurfaceShader看一看。

Shader "Custom/MySurfaceShader" {
    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"
}

1. 第一行代码定义的是Shader在Unity里的路径，在Material的Shader选项的下拉列表里可以看到它，你随时都可以修改它。

2. 最后一行表示前面的着色程序显卡不支持的时候就用默认的“Diffuse”。

3. Properties括号里的东西就是Shader的属性，打开Material的Inspector，你可以看见他们。语法就是：
   变量名 （“检视面板里显示的名称”， 变量类型）= 默认值
   注意啦，没有分号的。
   这是Unity官网对Properties的介绍。
   Unity支持的Properties类型如下：

Color ：颜色 Inspector面板里会有一个选取颜色的picker
Range ：某范围内的浮点数 Inspector面板里会出现一个Slider
2D ：2D纹理
Rect ：创建非2次方边长的纹理
Cube ：创建Cube Map，也是一种纹理
Float ：浮点数，和Range的区别就是Range是一个范围内的数，Float是单个数
Vector：向量 定义一个四元素的容器

4. SubShader是子着色器。Tags{}是标签。LOD是Level of Detail的缩写。Tag标签里通常可以指定“Queque”和“RenderType”的值。“Queque”指渲染顺序，有一些预定义的值，比如“BackGround”、“Geometry”等，可以自定义。“RenderType”是渲染类型，不透明物体用“Opaque”，透明物体用“Transparent”，还有一些其他的预定义的值，也可以自定义。

5. CGPROGRAM和ENDCG里面是CG程序。

6. #pragma surface surf Standard fullforwardshadowssurface说明是surface shader，可以换成Vertex或Fragment，surf是表面处理函数，在代码段的下面就有一个surf函数。Standard fullforwardshadows是光照模型函数。

7. #pragma target 3.0设置编译目标Shader model的版本。

后面surf函数里的东西就是重点啦。
在surf函数的上面，将properties里的变量用相同的名称定义一遍。还有一个Input结构体，这是输入结构。
来看看surf函数里都做了什么吧。
先定义了一个4元的定点数c，tex2D是纹理采样函数，第一个参数是纹理，第二个参数是uv坐标，函数的返回值乘以颜色。o这个变量就是着色器会输出的变量，也就是存储着我们眼睛会看到的效果的变量。后面的语句的意思就是将各个值赋给o里的不同值。rgb就是RGB颜色，Albedo是反射值，Metalic是金属值，Smoothness是光滑值，Alpha是透明通道。其实英语好就能看懂这些变量的意思了。（原谅我的翻译）
如果是低于5.3的版本，o 变量的类型是SurfaceOutPut，这两种类型意思是一样的，只不过是不同的结构体。
如果是Standard fullforwardshadows光照模型，则对应用SurfaceOutputStandard，如果是Lambert光照模型（其他版本Unity默认的光照模型），则对应SurfaceOutput。
这就是一个surface shader程序的基本结构。

下一篇文章我会详细介绍CG的类型和Input、SurfaceOutPut这两个结构体。