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在了解了渲染流水线之后,我们可以开始SubShader的学习了。

什么是SubShader

我们在1.1节中提到:

SubShader:SubShader是Shader代码的核心部分。由于运行终端的不同,其所能支持的渲染等级也是不同的,所以我们在必要时可以编写多个SubShader,Unity会为我们从上到下寻找并使用终端所能支持的第一个SubShader。在SubShader中,可以设置细节层级,渲染方式等,也可以插入Cg/HLSL代码块,这也是Shader核心中的核心。

顾名思义,SubShader是整个着色器的一个子着色器,当一个Mesh(网格)需要被绘制时,Unity就会在Shader中寻找渲染它的方式,并从Shader中挑选第一个能被完全支持的SubShader去实现。为了让材质,或者说让游戏画面能够在不同平台发挥其最佳的效果,我们可以定义多个SubShader。每一个SubShader都包含完整的渲染参数,渲染设置,渲染方法等。在初学阶段,我们为材质编写一个SubShader即可,剩下的工作我们可以交给强大的FallBack去完成。

SubShader包含了什么

下面是SubShader的语法:

Subshader { [Tags][CommonState] Passdef [Passdef ...] }

一个SubShader包含了渲染标签Tags,一些共同的渲染声明CommonState,以及一或多个Pass,每个SubShader至少包含一个Pass,其他都是可选参数。下面给出一个例子:

SubShader {
Tags {
"Queue" = "Transparent"
"RenderType" = "Transparent"
"IgnoreProjector" = "True"
}
Pass {
// ...
}
}

Tags

标签提供了整个SubShader的渲染设置基准,比如使用哪一个渲染队列,使用哪一种渲染类型。在之后的学习中我们会逐渐学习这些标签,这些标签的含义在官方文档中也可以查阅了解。标签是一个键值对。下面给出几个最常用的标签以及他们各自的常用可选值。

Tag Name Optional Values
Queue Background / Geometry / AlphaTest / Transparent / Overlay
RenderType Opaque / Transparent / Background / Overlay
IgnoreProjector True / False
DisableBatching True / False / LODFading
PreviewType Plane / Sphere / Skybox

Queue:设置物体的渲染队列。Unity内使用渲染队列来标识物体的渲染层级顺序,这个顺序可以无视物体原本的渲染顺序。渲染队列是一个数值,上面五种预设对应值为1000,2000,2450,3000,4000 。渲染顺序是按值从小到大,我们也可以细分这些值,更精细地控制渲染顺序,如:Tags { "Queue" = "Geometry + 1" }

RenderType:设置物体的渲染类型。这个标签主要是用于区分着色器的渲染类型,以供后处理使用。

IgnoreProjector:默认值是False,当设置为True时,这个渲染命令将不受其他物体投射的阴影的影响。

DisableBatching:Unity会默认将同类型的渲染命令合批处理,这会导致单个物体的模型空间数据丢失,在模型空间上所作的操作也就会失效,这时我们可以将这个标签设为True。默认值是False,设置为True时取消对这个物体的批处理,保留模型空间的信息,而LODFading则是常用于树等需要设置LOD的材质。

PreviewType:设置物体预览时的默认Mesh。

CommonState

在Unity文档中我没有找到关于CommonState的相关说明,个人倾向于理解成注释或者说明文档。

Pass

Pass是shader的核心部分。每一个Pass对应一次Draw Call,对于一个可用的SubShader,其中的每一个声明了的Pass都会被按次序调用(也可以通过后处理指定Pass的调用)。通俗一点的理解就是,每个Pass对应着一次图像的绘制,而Shader的最终结果就是多个Pass叠加的结果。

Pass的种类

Pass的声明一般有3种:Regular Pass,Use Pass,Grab Pass。

Regular Pass

Regular Pass是最常规也是使用最多的一种Pass,下面给出一个例子:

Pass {
Tags {
"LightMode" = "ForwardBase"
}
Cull Front
ZTest Always
ZWrite Off
// Blend Off
// ...
}

官方给出的Regular Pass的格式如下:

Pass { [Name] [Tags] [RenderSetup] }

可以看到,Pass的内容都是可选的。

Name

可以通过Name "PassName"给出这个Pass的名称,这个名称可以标识这个Pass以备后续重用。需要注意的是,Pass名称包含的小写字母会被转换成大写字母。

Tags

Pass也有自己的标签设置,Pass的标签表明这个Pass在渲染管线是怎样的role(官方文档用词)(它可能是ambient,vertex lit,pixel lit等等),标签的顺序不影响作用。下面给出Pass的专属标签以及对应的常用值,详细的内容可以参考官方文档。

Tag Name Optional Value
LightMode Always / ForwardBase / ForwardAdd / ShadowCaster
PassFlags OnlyDirectional
RequireOptions SoftVegetation

LightMode是最常见的设置,用于设置Pass在渲染管线中的role,一般用于表面着色器,让Unity为我们处理光照、阴影等细节。各可选值的含义如下:

Always:总是被渲染,不使用光照。

ForwardBase:使用Forward Rendering(前向渲染,Unity内置的渲染管线),会为我们准备好环境光,主平行光,顶点光,SH(Spherical Harmonics) Lights(球谐函数计算的光照)和光照贴图。

ForwardAdd:使用前向渲染,会为我们准备好所有的逐像素光,每一个逐像素光都会调用一次这个Pass。

Defered:使用Deferred Shading(延迟渲染),用于渲染g-buffer(g缓冲),而不是输出到屏幕。

ShadowCaster:把物体的深度信息渲染到阴影贴图或者深度纹理。

Tags的格式于Subshader的格式一致。

RenderSetup

RenderSetup是一系列对GPU渲染管线的配置,具体包含以下设置:

Legacy fixed-function Shader commands:这是Unity固定函数着色器使用的配置,不作展开。

Cull:Cull命令设置管线中的剔除操作,可选值有Back / Front / Off 。默认是Back,即剔除背面。Front即剔除正面,Off 不剔除任何片元。正面、背面是相对于视角而言的,基于视线向量和片元法向量的点积结果。正面剔除常用于法线外扩实现描边特效等。

ZTest:设置深度测试的比较模式,可选值有Less / Greater / LEqual / GEqual / Equal / NotEqual / Always。Always让该片元总是可以通过深度测试,即关闭深度测试,其他可选值按字面意思理解即可。

ZWrite:设置深度写入的开关。默认为On,当ZWrite值为Off 时,这个片元的深度值不会被写入深度缓冲区。

Blend:设置这个片元在颜色缓冲区的写入模式,默认值为Off,即不混合,通过所有测试就直接覆盖颜色,否则舍弃片元。Blend有两种常用的声明方式:

// Src是片元信息,Dst是颜色缓冲的信息,Result是混合结果

// 混合公式为 ResultRGBA = SrcColorRGBA * SrcFactor + DstColorRGBA * DstFactor
Blend SrcFactor DstFactor // 混合公式为 ResultRGB = SrcColorRGB * SrcFactor + DstColorRGB * DstFactor
// ResultA = SrcColorA * SrcFactorA + DstColorA * DstFactorA
Blend SrcFactor DstFactor, SrcFactorA DstFactorA

Blend的Factor也是一些可选值:

Factor Value
One 1
Zero 0
SrcColor 源颜色值
SrcAlpha 源Alpha值
DstColo 缓冲区颜色值
DstAlpha 缓冲区Alpha值
OneMinusSrcColor 1 - 源颜色值
OneMinusSrcAlpha 1 - 源Alpha值
OneMinusDstColor 1 - 缓冲区颜色值
OneMinusDstAlpha 1 - 缓冲区Alpha值

通过参数的组合,我们可以实现几种常见的混合模式:

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // 正常的透明效果
Blend One OneMinusSrcAlpha // 预乘的透明效果
Blend One One // 叠加模式
Blend OneMinusDstColor One // 柔和叠加
Blend DstColor Zero // 乘法
Blend DstColor SrcColor // 二次乘法

在Regular Pass的最后,可以插入代码块,进行GPU编程。

UsePass

UsePass命令可以插入一个已经存在且命名了的Pass。

// 使用自己定义的Pass
UsePass "Shader/Name"
// 使用Unity的内置Pass
UsePass "VertexLit/SHADOWCASTER"

GrabPass

GrabPass是一个特殊的Pass,它会获取屏幕的内容,并把其储存在一张纹理中,这个纹理可以用于后续的Pass。

GrabPass { } // 这种获取方式会把纹理储存在一个叫_GrabTexture的临时纹理中
// 每一个调用它的物体都会实时抓取一次屏幕
GrabPass { "TextureName" } // 这种获取方式只会在每一帧的第一个物体获取时抓取一次
// 并将抓取的内容储存在给定名称的纹理中

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