Shader 学习笔记

Shader "Custom/Diffuse Texture" {  　　　　　　　　　　// Shader的开始，双引号内饰该Shader的名字
    Properties {
        _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}　　// 属性块，可有可无，_属性名字("显示出来的名字", 类型) = 默认值 {选项(可选，但2D，Rect等必须要)}
    }
    SubShader {　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 // 子着色器，至少一个，具体使用哪个，根据目标平台的性能自动决定，如果都不达标，则使用“Diffuse”
        Tags { "RenderType"="Opaque" }　　　　　　　// 硬件将通过判定这些标签来决定什么时候调用该着色器，这里是当系统在渲染非透明物体时调用该Shader
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 标签还有诸如"Queue"="xxx"来指定渲染顺序，值越高越靠后渲染
        LOD 200　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 细节层次，在Unity中可以设定最大LOD，当设定的LOD小于SubShader所指定的LOD时，这个Sub将不可用

        CGPROGRAM　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 此标记到ENDCG表示这中间是一段CG语言写的Shader，如果sub里有这种代码，则说明该sub是可编程渲染
        #pragma surface surf BasicDiffuse vertex:vert　　　　// 表面该sub是表面着色器，并且主函数是surf，使用我们自定的光照模型函数BasicDiffuse，使用顶点函数vert
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　// Lambert是默认的光照模型函数，如果我们没有自定义的，就用它。顶点函数可以省略

        sampler2D _MainTex;　　　　　　　　　　　　// 在上面的属性块里设定的属性，在CG代码块里要再声明一次，将两者连接起来，因为CG代码块里不能直接使用

　　　　

　　　　 struct Input {　　　　　　　　　　　　　　　// Input其实是需要我们去定义的结构，这给我们提供了一个机会，可以把所需要参与计算的数据都放到这个Input
            float2 uv_MainTex;　　　　　　　　　　// 里，传入surf函数里使用
        };

　　　　 void vert(inout appdata_full v, out Input o)　　// 顶点函数，appdata_full是CgInclude里的结构体，存顶点的各种信息
　　　　 {
　　　　　　　　//在这里修改顶点的各种信息，或者修改Input结构体，给surf函数传递信息
　　　　 }

　　　　 /* 自定光照模型函数，函数格式必须为：Lighting + 名字, surf主函数计算输出的SurfaceOutput作为参数参传入到此函数里
　　　　　* 其它两种格式的光照模型函数
　　　　　* half4 LightingName_PrePass (SurfaceOutput s, half4 light)
　　　　　* half4 LightingName (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, halfatten)
　　　　　*/
　　　　 inline float4 LightingBasicDiffuse (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten) {
　　　　　　　float difLight = max(0, dot(s.Normal, lightDir));　　　　　// 像素点的光照强度与入射光线角度有关，角度越大，像素点越亮
　　　　　　　float4 col;
　　　　　　　col.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (difLight * atten * 2);　　// _LightColor.rgb是U3D中的光源，如果不乘这个参数，则无法随光源变化
　　　　　　　col.a = s.Alpha;
　　　　　　　return col;　
　　　　 }
        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {　　 // 表面着色器的主函数，参数IN表示我们的输入，o表示输出到屏幕的内容，o一开始是空白的，要我们输内容进去
            half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);　　// SurfaceOutput是一个结构体，具体内容参见下面的第七点
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 我们将输入的内容经过变换后，赋予输出，这样就能在屏幕上改变内容了
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 // 如果以上的所有sub着色器都不能使用，则默认使用该着色器
}

1.写Shader的三种语言：

HLSL -> DirectX，只有微软平台能用

GLSL -> OpenGL，由硬件编译，所以跨平台性很好

Cg 　-> DirectX 与 OpenGl 的上层，类似中间语言，最后会编译成GLSL或者HLSL。由于是微软参与开发，语法很像HLSL，可以无缝转换为HLSL

（Unity Shder一般用CG编写，可以选择CG/HLSL或者GLSL）

2.计算机图形渲染分为：

固定管道渲染、可编程管道渲染

3.Unity中Shader分为三种：

固定功能着色器（Fixed Function Shader）

表面着色器（Surface Shader）

顶点着色器&片段着色器 （Vertex Shader & Fragment Shader）

前者是固定管道渲染，后两者是可编程管道渲染

4.Unity中判断Shader是哪种类型的方法

• 没有嵌套CG语言，也就是代码段中没有CGPROGARAM和ENDCG关键字的，就是固定功能着色器。而且必须置于Pass块中。
• 嵌套了CG语言，代码段中有surf函数的，就是表面着色器。不必置于Pass块中
• 嵌套了CG语言，代码段中有#pragma vertex name和  #pragma fragment frag声明的，就是顶点着色器&片段着色器，置于Pass块中

5.Pass通道

执行的时候，从执行的SubShader里开始，从第一个Pass块开始执行，一个一个执行。

表面着色器没有Pass块，但在编译的时候，会被编译成若干Pass块。

6.参数类型

ShaderLab的参数类型：

• Color - 一种颜色，由RGBA（红绿蓝和透明度）四个量来定义；
• 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；
• Rect - 一个非2阶数大小的贴图；
• 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；
• 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）；
• Float - 任意一个浮点数；
• Vector - 一个四维数；

　 详见U3D官方文档：http://docs.unity3d.com/Manual/SL-Properties.html

CG语言中对应的类型：

• sampler2D
• samplerCube
• float
• vec
• half 精度比float还低的浮点数，当然，运算效率更高

float和vec都可以在之后加入一个2到4的数字，来表示被打包在一起的2到4个同类型数

// 定义一个2d vector
vec2 coordinate;
// 定义一个颜色值（A,R,G,B)
float4 color;
// Multiply out a color
float3 multipliedColor = color.rgb * coordinate.x; 

7.SurfaceOutput的具体内容

这是Unity的CgInclude里定义的默认结构体，有需要的话，可以自己定义一个，可以在光照函数和surf函数里传递信息

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
};

8.Cg语言标准函数库

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

9.Surf 与 光照模型的关系

surf函数只是接受输入（材质，颜色等），将效果设置为对象的输出（即设置对象每一个像素点应该对应的颜色）

设置完像素点的输出颜色后，我们并不能看到，应该在光照模型函数里，将像素点的颜色，在对应的光下反应后的结果输出给color并返回才能在屏幕上看到结果。

10.从本质上讲，U3D中只存在顶点/片元着色器，表面着色器，固定函数着色器最终也会被编译成若个个PASS端。

表面着色器只是Unity自己创造的一种着色器，目的在顶多/片元的基础上再封装一层，使用起来更简单，编译时会自动转为PASS，但简单使用的同时也失去一些性能优势。

12.Unity中Shader面板扩展的两种方法

http://blog.csdn.net/WPAPA/article/details/51214368

13.SurfaceShader里各函数执行顺序

渲染管线（管道）：顶点着色器——>光栅化——>片段着色器——>alpha测试——>模版测试——>深度测试——>Blend——>Gbuffer——>BrontBuffer——>framebuffer——>显示器

参考：Unity3d 图形学之OpenGL渲染流程（一）

vert -> surf -> light

vert先从appdata_full获取顶点信息，并修改（例如顶点位置，法线），然后将某些信息传递给Input结构体（例如顶点颜色）

接着进行插值，顶点间的信息进行插值，进行逐像素渲染

surf从上一步获取Input里存储的信息，开始修改像素信息（颜色，透明，高光啥的），然后将信息传递给SurfaceOutput结构体

最后处理光照信息，light函数利用上一步获取到的SurfaceOutput，当前光照方向，视野方向，光线衰减等，处理每个像素的光照效果

14.CgInclude文件

可以理解为C++里的各种头文件，包含了各种常用函数库，常量等，可以减少重复编码。

Unity自带了一个CgInclude.cginc文件，放置在Editor/Data/CGInludes里，可以直接用文本编辑器打开

例如SurfaceShader里不指定光照时，会用默认的Lambert光照函数，该函数就放在那里。

我们也可以自定义一个，但自定义的记得要在SurfaceShader的CGPROGRAM下 “#include "XX.cginc"