Unity3D - 着色器

材质和着色器

在Unity里,着色器(Shader)定义了游戏物体(GameObject)的着色方式,包括纹理、颜色、顶点属性的设定等。

着色器使用ShaderLab语言定义着色过程,而这个过程中所需的具体属性和纹理资源则被放在了材质球(Material)上来设置。

我们在为一个游戏物体设置着色时,首先要创建一个空的材质球,然后将写好的Shader文件拖到材质球上,最后将材质球上绑定到物体上。

着色器文件结构

一,显示名称

文件的第一行是Shader的显示名称,当我们在面板上选择Shader文件时就会出现这个名字

Shader "Custom/NewShader" {
    //...
}

二,属性(Properties)

Shader里使用的变量或参数,可以在材质球(Material)上被编辑

_Name("Display Name", type) = defaultValue[{options}]

_Name:变量名
Display Name:在Material面板上的显示名称
type:属性的类型:
1. Color – 颜色值，由RGBA四个分量组成；
2. 2D – 一张2的阶数大小（256，512之类）的贴图。这张贴图将在采样后被转为对应基于模型UV的每个像素的颜色，最终被显示出来；
3. Rect – 一个非2阶数大小的贴图；
4. Cube – 即Cube map texture（立方体纹理），简单说就是6张有联系的2D贴图的组合，主要用来做反射效果（比如天空盒和动态反射），也会被转换为对应点的采样；
5. Range(min, max) – 一个介于最小值和最大值之间的浮点数，一般用来当作调整Shader某些特性的参数（比如透明度渲染的截止值可以是从0至1的值等）；
6. Float – 任意一个浮点数；
7. Vector – 一个四维数,可以用作颜色和方向；
defaultValue:定义了这个属性的默认值，通过输入一个符合格式的默认值来指定对应属性的初始值（某些效果可能需要某些特定的参数值来达到需要的效果，虽然这些值可以在之后在进行调整，但是如果默认就指定为想要的值的话就省去了一个个调整的时间，方便很多）。
1. Color – 以0～1定义的rgba颜色，默认值比如(1,1,1,1)；
2. 2D/Rect/Cube – 对于贴图来说，默认值可以为一个代表默认tint颜色的字符串，可以是空字符串或者”white”,”black”,”gray”,”bump”中的一个
3. Float，Range – 某个指定的浮点数
4. Vector – 一个4维数，写为 (x,y,z,w)
{option}: 它只对2D，Rect或者Cube贴图有关，在写输入时我们最少要在贴图之后写一对什么都不含的空白的{}，当我们需要打开特定选项时可以把其写在这对花括号内。如果需要同时打开多个选项，可以使用空白分隔。可能的选择有ObjectLinear, EyeLinear, SphereMap, CubeReflect, CubeNormal中的一个，这些都是OpenGL中TexGen的模式。

三,SubShader

一个Shader里可能包含多个SubShader，程序根据条件选择最终使用的SubShader

SubShader{
    //逻辑内容      
}

四,Tags

Tags 由键值对组成,它告诉渲染引擎SubShader渲染对象时的条件。例如,在渲染非透明物体时才能使用该SubShader:

Tags{
    "RenderType"="Opaque"
}

RenderType对应值:
1. Opaque:渲染非透明物体
2. Transparent:渲染含有透明物体
3. TransparentCutout: 镂空透明
4. Background: 天空盒
5. Overlay: GUITexture, Halo, Flare shaders.
6. TreeOpaque: terrain engine tree bark.
7. TreeTransparentCutout: terrain engine tree leaves.
8. TreeBillboard: terrain engine billboarded trees.
9. Grass: terrain engine grass.
10. . GrassBillboard: terrain engine billboarded grass.

除了指定渲染类型以外，我们还可以在Tags里设置渲染顺序:

Tags{
    "RenderType"="Opaque"
    "Queue" = "Transparent"
}

Queue:以下是四种预定义渲染顺序(值小的先渲染):
1. Background（1000）:渲染天空盒、背景等对象
2. Geometry(default 2000):默认值，渲染非透明物体
3. Transparent（2000）:渲染透明物体
4. Overlay（4000）:渲染叠加效果，最后渲染的对象。

这几种渲染类型实际上是定义好的整数值，我们也可以写成这种形式"Queue" = "Transparent + 1",能使渲染物体在渲染透明物体后渲染。

五,IgnoreProjector

不会被投影(Projector)影响。（比如,设置此值,让半透明的物体不受投影影响。）

"IgnoreProjector" = "True"

六,LOD

LOD 是Levels of Detail的简称，着色器细节。当该SubShader的LOD值小于LOD阈值时才起作用。

LOD 200

Unity内建的着色器LOD值:
1. VertexLit kind of shaders = 100
2. Decal, Reflective VertexLit = 150
3. Diffuse = 200
4. Diffuse Detail, Reflective Bumped Unlit, Reflective Bumped VertexLit = 250
5. Bumped, Specular = 300
6. Bumped Specular = 400
7. Parallax = 500
8. Parallax Specular = 600

七,CG程序

CGPROGRAM

    #pragma surface surf Lambert

    sampler2D _MainTex;

    struct Input {
        float2 uv_MainTex;
    };

    void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
        half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
        o.Albedo = c.rgb;
        o.Alpha = c.a;
    }
ENDCG

一段以CGPROGRAM为开始，以ENDCG结束的Cg语言代码块。

#pragma surface surf Lambert

编译指令，定义了一个表面着色器，它的处理函数surf,指定光照模型Lambert

该指令的格式如下:

#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

其中:

surface 声明为表面着色器
surfaceFuction 是Shader的指定实现方法
lightMode[optionalparams]是Shader使用的光照模型

sampler2D _MainTex;

声明了一个sampler2D类型贴图对象_MainTex，对应Properties代码块里声明的_MainTex,因为整个Shader实际是由两部分组成，一部分是被Unity编译和执行的程序。而另一部分是Cg语言声明的代码块，若是想使用Properties声明的对象，就必须在Cg代码块里重新声明一下，才能使用这个变量。

struct Input {
        float2 uv_MainTex;
    };

这里定义了一个结构体，并声明了一个名为uv_MainTex的对象。float2是指可以存放两个浮点数类型的数据格式，以此类推，float3、float4就可以存放三个、四个浮点数。uv_MainTex表示_MainTex贴图的uv值。

void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
        half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
        o.Albedo = c.rgb;
        o.Alpha = c.a;
    }

surf函数将输入的内容转化为制定的格式然后输出，其中text2D函数是对贴图_MainTex进行纹理采样。

float4 tex2D(sampler2D samp, float2 s)

samp:采样的目标
s:采样的UV坐标.

http://http.developer.nvidia.com/Cg/tex2D.html

SurfaceOutput结构如下:

struct SurfaceOutput {
    half3 Albedo;     //像素的颜色
    half3 Normal;     //像素的法向值
    half3 Emission;   //像素的发散颜色
    half Specular;    //像素的镜面高光
    half Gloss;       //像素的发光强度
    half Alpha;       //像素的透明度
};

half3 和 float2 相似，只不过精度不一样。