unity3d游戏开发学习分享之表面着色器讲解

Posted 2020-09-22 AaronBlog

一、三种着色器的书写格式：

　　1、surface shaders, 指的是表面着色器

　　2、vertex and fragment shaders and 指的是顶点和片段着色器

　　3、fixed function shaders. 指固定功能着色器

　　二、顶点着色器与片段着色器

　　我们可以这么理解，在Unity的三维空间中，所有复杂模型都是由无数个三角形构成的，那么顶点(Vertex)就是说，这些构成复杂模型的三角形的顶点，而片段(fragment)就是这些三角形的填充区域了。

　　三、表面着色器(Surface Shader)标准的输出结构：

1 struct SurfaceOutput
2 {
3 half3 Albedo; //反射度
4 half3 Normal; //法线
5 half3 Emission; //物体自发光
6 half Specular; //镜面
7 half Gloss; //光泽
8 half Alpha; //透明
9 };

四、我们的表面着色器应该去用 #pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams] 指令，这起到一个声明的作用。

　　1、surfaceFunction：接下来，该段表示了在Cg函数中有着表面着色器(surface shader)的代码。格式应该如下：void surf (Input IN,inout SurfaceOutput o)， Input是自定义结构，该结构其中应该包括我们所有的纹理坐标(texture coordinates)以及表面函数(surfaceFunction)需要的额外必要变量。

　　2、lightModel：就是说使其能够在光照的模式下应用，其内置是Lambert(diffuse)和 BlinnPhong(specular)。

　　五、着色器附加输入结构：

　　1、float3 viewDir：视图方向(view direction) 的值。这里由于我们需要去计算视差效果(Parallax effects)以及边缘光照(rim lighting)等等，所以我们要包含视图方向(view direction)的值。

　　2、float4 COLOR：各个顶点中(per-vertex)颜色插值。

　　3、float4 screenPos：屏幕空间中的位置信息。这里因为我们可以去使用反射效果，所以说我们就需要在其中包含屏幕空间中位置的信息。

　　4、float3 worldPos：世界空间位置。

　　5、float3 worldRefl：世界空间反射向量。这里的话，如果我们的表面着色器(surface shader)不通过法线(o.Normal)参数，那么其将自行包含该参数。

　　6、float3 worldNormal：世界空间法线向量(normal vector)。这里指的是如果表面着色器(surface shader)不通过法线法线(o.Normal)参数，那么它将包含这个参数。

　　7、float3 worldRefl(INTERNAL_DATA)：世界空间反射向量。指表面着色器(surface shader)如果不写入法线(o.Normal)参数，那么将自行包括该参数。我们为了能成功获取到每个顶点法线贴图( per-pixel normal map)的反射向量(reflection vector)，所以我们就需要去应用世界的反射向量(WorldReflectionVector (IN, o.Normal))。

　　8、float3 worldNormal(INTERNAL_DATA)：世界空间法线向量(normal vector)。这里说表面着色器(surface shader)如果不写入法线(o.Normal)参数，那么就会包含这个参数。同样的，我们为了成功获取每个顶点法线贴图( per-pixel normal map)的法线向量(normal vector)，我们需要去应用世界法线向量(WorldNormalVector (IN, o.Normal))。

　　六、光照模式声明

　　该模式指的是以Lighting开头并且与名称组合到一起的规范函数。我们可以在着色器文件(shader file)或导入的文件(included files)中任何地方来声明它。这个函数如下所示：

　　1、half4 LightingName(SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten)：指的是正向渲染路径中(forward rendering path)所应用的模式，顺便提醒大家，它并不是取决于视图方向的(view direction)。

　　2、half4 LightingName(SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten)：在正向渲染路径(forward rendering path)所应用的光照模式。它是取决于视图方向的(view direction)。

　　3、half4 LightingName_PrePass(SurfaceOutput s, half4 light)：这是在延时光照路径(deferred lighting path)中使用的。

　　当定向解码光照贴图用于向前/延迟光照中的光照函数，或类似的函数中时，需要进行定制。

　　1、half4 LightingName_DirLightmap (SurfaceOutput s, fixed4 color, fixed4 scale, bool surfFuncWritesNormal)：这是使用的不依赖于视图方向(view direction)的光照模式(light model)。

　　2、half4 LightingName_DirLightmap (SurfaceOutput s, fixed4 color, fixed4 scale, half3 viewDir, bool surfFuncWritesNormal, out half3 specColor)：这是使用的依赖于视图方向(view direction)的光照模式(light model)。