Shader基础笔记（1）-基本结构

新建Shader的分类

1. Standard Surface Shader - 产生一个包含标准光照模型的表面着色器模板。
2. Unlit Shader（推荐） - 产生一个不包含光照（但包含雾效）的基本顶点/片元着色器。
3. Image Effect Shader - 为实现各种屏幕处理后效果提供的基本模板。
4. Compute Shader - 特殊Shader，利用GPU的并行特性计算一些计算。

• ShaderLab 是 Unity 提供的编写 Unity Shader 的一种说明性语言。在 Unity 中，所有的 Unity Shader 都是使用 ShaderLab 来编写的。

Shader 的基本结构

Shader "MyShader/Temp01"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100
        Pass
        {    
        CGPROGRAM
        
        ENDCG
        }
    }
}

Shader 基本结构说明

1. 给Shader起个名字

Shader "MyShader/Temp01"
这一行代码设置了 Shader 在材质中出现的位置及名称：

2. 属性

Properties
{
    _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
}

声明这些属性是为了在材质面板中能够方便地调整各种材质属性。在 Unity 中，这些属性的名字通常由一个下划线开始。括号中的第一个参数，是属性显示在材质面板上的名字。第二个参数，是数据类型。

下面的代码给出了一个展示所有属性类型的例子：

Shader "MyShader/Temp01"
{
   Properties
   {
       // Unmbers and Sliders
      _Int("Int", Int) = 2
      _Float("Float", Float) = 1.5
      _Range("Range", Range(0.0, 5.0)) = 3.0
      
      // Colors and Vectors
      _Color("Color", Color) = (1,1,1,1) 
      _Vector("Vector", Vector) = (2,3,6,1)
      
      // Textures
      _2D("2D", 2D) = ""{}
      _Cube("Cube", Cube) = "white"{}
      _3D("3D", 3D) = "black"{}
   }
   
   FallBack "Diffuse"
}

TIPS：编译器对 Shader 的支持普遍不好，其中比较好用的还是 JetBrans 公司的 Rider。

3. SubShader

每一个 Unity Shader 文件可以包含多个 SubShader 语义块，但至少一个。当 Unity 需要加载这个 Unity Shader 时， Unity 会扫描所有的SubShader 语义块，然后选择第一个能够在目标平台上运行的 SubShader。如果都不支持，Unity 会使用 Fallback 语义指定的 Unity Shader。

每个Pass定义了一次完整的渲染流程，但如果Pass的数目过多，往往会造成渲染性能的下降。因此，应当尽量使用最小数目的Pass。

SubShader 语义块中包含的定义通常如下：
···
Subshader{
// 标签，可选的
[Tags]

// 状态，可选的
[RenderSetup]

Pass{
}
// Other Passes

}
···
SubShader 内的具体内容放到以后再写。

最简单的 Unity Shader

尽管 Unity Shader 可以做的事情非常多（例如设置渲染状态等），但其最重要的任务还是指定各种着色器所需的代码。这些着色器代码可以写在 SubShader 语义块中（表面着色器的做法），也可以写在 Pass 语义块中（顶点/片元着色器和固定函数着色器的做法）。

在 Unity 中，我们可以使用2种最常用的形式来编写 Unity Shader。

1. 表面着色器（Surface Shader）

表面着色器是 Unity 自己创造的一种着色器代码类型，它需要的代码量很少，Unity 在背后做了很多工作，但渲染的代价比较大。其本质与接下来的顶点/片元着色器一样，我们可以理解成 Unity 对顶点/片元着色器的更高一层的抽象。它存在的价值在于，Unity为我们处理了很多光照细节，使得我们不需要再操心这些“烦人的事情”。

一个非常简单的例子：

Shader "MyShader/Temp01"
{  
   Subshader{
       Tags { "RenderType" = "Opaque" }
       CGPROGRAM
       #pragma surface surf Lambert
       struct Input{
           float4 clolr : COLOR;
       };
       void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o){
           o.Albedo = 1;
       }
       ENDCG
   }
   
   FallBack "Diffuse"
}

可见，表面着色器被定义在 SubShader 语义块（而非Pass语义块）中的 CGPROGRAM 和 ENDCG 之间。原因是：表面着色器不需要开发者关心使用多少个 Pass、每个 Pass 如何渲染等问题，Unity 会在背后为我们做好这些事情。我们要做的只是告诉它：“嘿，使用这些纹理去填颜色，使用这个法线纹理去填充法线，使用Lambert光照模型，其他的不要来烦我！”

2. 顶点/片元着色器（Vertex/Fragment Shader）

顶点/片元着色器更加复杂，但也更加灵活。

一个非常简单的例子：

Shader "MyShader/Temp01"
{  
   Subshader{     
       Pass{
           CGPROGRAM
           #pragma vertex vertex
           #pragma fragment fra
           
           float4 vert(float4 v : POSITION) : SV_POSITION {
               return UnityObjectToClipPos (v);
           }
           
           fixed4 frag() : SV_Target {
               return fixed4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
           }
           ENDCG
       }
   }
}

我们将主要使用顶点/片元着色器。

扩展阅读

Unity官网的 Unity Shader 文档：官方文档