UnityShader基础效果-Surface Shader

Posted 2022-12-20 baolong-chen

Ox00 Surface Shader Syntax

常用的三种输出数据格式：

//Standard output structure of surface shaders is this:

struct SurfaceOutput

fixed3 Albedo; // diffuse color

fixed3 Normal; // tangent space normal, if written

fixed3 Emission;

half Specular; // specular power in 0..1 range

fixed Gloss; // specular intensity

fixed Alpha; // alpha for transparencies

;

//Unity 5版本以上, 支持physically based lighting models.

struct SurfaceOutputStandard

fixed3 Albedo; // base (diffuse or specular) color

fixed3 Normal; // tangent space normal, if written

half3 Emission;

half Metallic; // 0=non-metal, 1=metal

half Smoothness; // 0=rough, 1=smooth

half Occlusion; // occlusion (default 1)

fixed Alpha; // alpha for transparencies

;

//镜面高光输出

struct SurfaceOutputStandardSpecular

fixed3 Albedo; // diffuse color

fixed3 Specular; // specular color

fixed3 Normal; // tangent space normal, if written

half3 Emission;

half Smoothness; // 0=rough, 1=smooth

half Occlusion; // occlusion (default 1)

fixed Alpha; // alpha for transparencies

;

?

0x01 Surface Shader compile directives

Surface shader编码在CGPROGRAM...ENDCG块内,

• 必须在Subshader块内而不能在pass内部，Surface shader将自己编译成多个通道.
• 必须使用#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams] 指令来表明这是surface shader.

拆分#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

必要参数：

surfaceFunction	格式void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)，Input自定义结构常必须包含纹理坐标和其他自需变量
lightModel	Standard lighting 使用SurfaceOutputStandard StandardSpecular lighting 使用SurfaceOutputStandardSpecular Lambert and BlinnPhong 不支持基于物理照明，低端设备用

surfaceFunction 中Input参数纹理坐标必须带uv或uv2前缀

struct Input

????float2 uv_MainTex;

????floatX 其他变量;

其他变量	说明
float3 viewDir	视图方向为了计算时差、边缘光照等效果，Input需要包含视图方向
float4 color	每个顶点颜色值
float4 screenPos	屏幕空间位置，为了获得反射效果
float3 worldPos	世界坐标空间
float3 worldRefl	世界空间反射向量,surface shader不能写入o.Normal参数
float3 worldNormal	世界空间法向量，surface shader不能写入o.Normal参数
float3 worldRefl;INTERNAL_DATA	世界坐标反射向量，surface shader必须写入o.Normal参数。基于逐像素法线贴图获得反射向量，请使用WorldReflectionVector(IN,o.Normal)
float3 worldNormal;INTERNAL_DATA	世界坐标法线向量，surface shader必须写入o.Normal参数。基于逐像素法线贴图获得反射向量，请使用WorldReflectionVector(IN,o.Normal)

可选参数：optionalparams

Transparency and alpha testing 使用alpha and alphatest指令	? alpha alpha:auto fade-transparency或premultiplied transparency alpha:blend 混合 alpha:fade 淡出 alpha:premul 预乘(使半透明表面保留适当的镜面反射) alphatest:VariableName 基于给定变量值执行cutout keepalpha 始终在alpha channel写入1.0 decal:add 叠加在表面上，并执行叠加混合 decal:blend Alpha混合
Custom modifier functions用于计算更改输入的顶点数据，或更改最终计算的片元色	vertex:VertexFunction 修改计算per-vertex data finalcolor:ColorFunction ? finalgbuffer:ColorFunction 在deferred path生效 finalprepass:ColorFunction 在forward path生效。base path
Shadows and Tessellation 阴影和网格细分	addshadow ? fullforwardshadows 在forward path下，除了支持默认的一个方向光阴影，还可支持点光和聚光阴影 tessellate:TessFunction //待详细补充
Code generation options 调整生成着色器代码选项，使得shader更小加载更快	? exclude_path:deferred, exclude_path:forward, exclude_path:prepass 不给指定的渲染路径生成passes noshadow 关闭接受所有阴影 noambient 不使用环境光和探头 novertexlights 在forward path下禁用探头和逐顶点光照 nolightmap 关闭所有光照贴图 nodynlightmap 禁用运行时动态GI nodirlightmap 不支持方向光光照贴图 nofog 禁用所有内置fog nometa 不生成meta pass(提取光照贴图和GI信息用) noforwardadd 禁用forward path中additive pass，支持一个完整的方向光和所有逐顶点/SH计算的光 nolppv 不再支持Light Probe Proxy Volume组件 noshadowmask 禁用阴影遮罩
Miscellaneous options 各种其他选项	softvegetation only be rendered Soft Vegetation interpolateview 在顶点着色器中计算视图方向并进行插值;而不是在像素着色器中计算它。这可以使像素着色更快，但会消耗更多的纹理插值器。 halfasview 传递半角向量而不是视图向量到光照函数。半角向量将被逐顶点计算和标准化。这更快，但不完全正确。 approxview 被遗弃了。用interpolateview dualforward 基本不用(官方内置shader没搜到) dithercrossfade 使表面着色器支持抖动效果。然后，您可以将这个着色器应用到GameObjects中，这些GameObjects使用为交叉淡入过渡模式配置的LOD组组件。

?

表面着色器的工作原理

0x02 Surface Shader Light Model

Lighting.cginc

UnityLambertLight	基于非物理的漫反射
LightingLambert	//..待补充
LightingLambert_Deferred	//..
LightingLambert_PrePass	//..
UnityBlinnPhongLight	基于非物理的镜面高光
LightingBlinnPhong	//..
LightingBlinnPhong_Deferred	//..
LightingBlinnPhong_PrePass	//..
LightingLambert_GI	//..
LightingBlinnPhong_GI	//..

?

half4 Lighting<Name> (SurfaceOutput s, UnityGI gi);forward path,不依赖视图方向

half4 Lighting<Name> (SurfaceOutput s, half3 viewDir, UnityGI gi); forward path,依赖视图方向

half4 Lighting<Name>_Deferred (SurfaceOutput s, UnityGI gi, out half4 outDiffuseOcclusion, out half4 outSpecSmoothness, out half4 outNormal); deferred lighting paths

half4 Lighting<Name>_PrePass (SurfaceOutput s, half4 light); Use this in light prepass (legacy deferred) lighting paths. in light prepass (legacy deferred) lighting paths

half4 Lighting<Name>_GI (SurfaceOutput s, UnityGIInput data, inout UnityGI gi);自定义GI解析光照贴图和探针数据

自定义光照函数：

?

0x03 Example