Unity3d Shader学习

狂风大尉

Shader的分类:
Shader按管线分类一般分为固定渲染管线与可编程渲染管线
（1）固定渲染管线 ——这是标准的几何&光照(Transforming&Lighting)管线，功能是固定的，它控制着世界、视、投影变换及固定光照控 制和纹理混合。T&L管线可以被渲染状态控制，矩阵，光照和采制参数。功能比较有限。基本所有的显卡都能正常运行。
（2）可编程渲染管线——对渲染管线中的顶点运算和像素运算分别进行编程处理，而无须象固定渲染管线那样套用一些固定函数，取代设置参数来控制管线。

[color=rgb(85, 85, 85) !important]unity3d的三种Shader


Unity的Shader分为三种：
（1）Fixed function shader 属于固定渲染管线 Shader, 基本用于高级Shader在老显卡无法显示时的Fallback（之后有详细介绍）。使用的是ShaderLab语言，语法与微软的FX files 或者NVIDIA的 CgFX类似。
（2）Vertex and Fragment Shader 最强大的Shader类型，属于可编程渲染管线. 使用的是CG/HLSL语法。
（3）Surface Shader [color=rgb(85, 85, 85) !important]unity3d推崇的Shader类型，使用Unity预制的光照模型来进行光照运算。使用的也是CG/HLSL语法。


Unity3d三种Shader对比

三种Shader共同点：
(1)都必须从唯一一个根Shader开始
(2)Properties参数部分，作用及语法完全相同
(3)具体功能都在SubShader里(Subshader: 子Shader,Shader会自上而下运行第一个硬件能支持的Subshader，主要作用是对不用硬件的支持。)
(4)都可以打标签，例如Tags { "RenderType" = "Opaque" } LOD 200 以及Lighting On等
(5)都可以Fallback
(6)都可以处理基本的功能，例如光照漫反射（Diffuse）以及镜面反射（Specular）。但是Vertex and Fragment和Surface都能实现Fixed function实现不了的高级功能，例如基于uv计算的效果等等。

三种Shader不同点：
(1)Fixed function shader以及Vertex and Fragment Shader在subshader下面还有pass{},但是Surface Shader，由于已经将具体内容打包在光照模型了，不能加pass{},加了会报错。
(2)Fixed function shader每句代码之后没有分号';' 但是V&F shader以及Surface shader每句代码之后都必须加分号';'
(3)核心结构不同：

Fixed function shader的核心是
Material{} 以及 SetTexture[_MainTex]{}

Vertex and Fragment Shader的核心是

• CGPROGRAM
• #pragma vertex vert
• #pragma fragment frag
• #include "UnityCG.cginc"
• ENDCG
  

Surface Shader的核心是

（1）这套用的是Unity3d自带光照模型Lambert，也不做顶点处理，那么只需要一个表面处理函数surf即可

CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert
ENDCG
或者（2）这套表示使用的是自己写的光照模型lsyLightModel，并且使用了顶点处理函数vert

CGPROGRAM
// surface 表面处理函数 光照模型函数 顶点处理:函数
#pragma surface surf lsyLightModel vertex:vert
//执行顺序 顶点处理函数 -> 表面处理函数 -> 光照模型函数 ->颜色值
ENDCG   


Shader基础知识
以下内容不需要入门的时候立刻阅读和理解，建议逐渐深入学习后，不时回来看看即可。

什么是GPU?
GPU:Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器”。显卡包括（GPU,显存，显卡BIOS,显卡PCB板）。


什么是Shader?
Shader程序:GPU执行的，针对3D对象进行操作的程序。


Shader有哪几种？
CG：与DirectX 9.0以上以及OpenGL 完全兼容。运行时或事先编译成GPU汇编代码。
HLSL: 主要用于Direct3D。平台:windows。
GLSL: 主要用于OpenGL。 平台:移动平台（iOS，安卓），mac(only use when you target Mac OS X or OpenGL ES 2.0)


为什么Shader中选择CG?
因为CG/HLSL 比GLSL支持更多的平台。


[color=rgb(85, 85, 85) !important]unity3d里CG输出什么？
windows平台：Direct3D, GPU汇编代码
mac:OpenGL GPU汇编代码
flash:flash GPU汇编代码
ios/android:unity会将CG转换成GLSL代码。
总结：也就是除了移动平台会把CG转换成GLSL代码，其余平台都是转换成汇编代码。


什么是缓冲？
一个像素有如下缓冲
颜色缓存color buffer/pixel buffer：储存该点即将显示的颜色，RGBA值
深度缓存depth buffer/z buffer：储存该点的深度,z
模板缓存stencil buffer：通常用作限制渲染区域。更高级用法需结合深度缓冲，例如某像素的模板缓冲值会随着其是否通过深度缓冲测试而改变。
累积缓存Accumulation Buffer: 与颜色缓冲类似，同样储存一个RGBA值。累积缓存是为合成多幅图像而设计的，累积缓存提供了一种在保持好的颜色分辨率下实现在场景中“多重曝光（multiple exposures）”的方法。使用累积缓存可以产生许多图像效果来提高图像的真实性，其中包括：反走样、运动模糊、软阴影、深度域（景深）和卷积。要产生这些效果，必须将图像渲染多次，对场景位置（或所选的物体）进行微小的、渐增的改变，然后累积结果。


什么是图元装配（Primitive Assembly）
经过变换的顶点 被装配成几何图元


什么是光栅化（又译作栅格化，Rasterization）
栅格化这个术语可以用于任何将[url=]矢量图形[/url]转换成[url=]栅格图像[/url]的过程。
在3D渲染中主要是指，三角形等图元（矢量）转换成像素碎片的过程。或者说决定哪些像素几何图元覆盖的过程。光栅化的结果是像素位置的集合和片段的集合


什么是光栅操作（Raster Operation）
指在碎片fragment处理后，在更新帧缓存前最后执行的一系列操作。通过包括裁剪，深度测试，alpha测试，alpha混合等。


碎片Fragment等于像素吗？
像素点：（屏幕上能显示）的最小图像单元
像素:帧缓存中某个像素点的内容，通常即指颜色。
碎片：更新像素潜在需要的一个状态。
碎片输出的是当前的fragment函数在这个像素点的颜色，并不代表这像素点的最终颜色。最后显示的颜色是这个点的所有碎片经过叠加等运算形成的最终结果。


针对3D对象进行操作、并被[url=]GPU[/url]所执行的程序


什么是地形着色器（Geometry Shader）:
[url=]几何着色器[/url]可以从[url=]多边形网格[/url]中增删顶点。它能够执行对CPU来说过于繁重的生成几何结构和增加模型细节的工作。Direct3D版本10增加了支持几何着色器的API, 成为Shader Model 4.0的组成部分。OpenGL只可通过它的一个插件来使用几何着色器，但极有可能在3.1版本中该功能将会归并。几何着色器的输出连接光栅化器的输入。但是并不实用。


什么是Tessellation？
针对DX11.　该技术需要消耗大量硬件资源，因此开发人员不会在场景中的每个地方都使用它，一般只考虑玩家视角近景和轮廓边缘。利用GPU[url=]硬件加速[/url]，将现有3D模型的三角形拆分得更细小、更细致，也就是大大增加三角形数量，使得渲染对象的表面和边缘更平滑、更精细。

坐标系

计算机3D中，3D坐标系采用的主要是，笛卡儿坐标系（Cartesian坐标系），也称直角坐标系。
当x轴朝右，y朝上，z朝屏幕里的时候，为左手坐标系。
当x轴朝右，y朝上，z朝屏幕外即面朝你的时候，为右手坐标系。
所以，Unity使用的是左手坐标系。
D3D左手 即 裁剪空间里（x,y,z,w） z= z/w 即[0,1]
OpenGL使用右手 ，即 裁剪空间里（x,y,z,w） z= (z/w + 1)/2 即[-1,1]



#pragma target 3.0 ：定义Shader模型为Shader Model 3.0,
2.0， Direct3D 9 (默认缺省值)。支持32张贴图 + 64个计算
3.0， Direct3D 9。支持512张贴图 + 512个计算
4.0， 只支持DirectX 11。
5.0， 只支持DirectX 11。  





Shader了解

引言，在[color=rgb(85, 85, 85) !important]unity3d里,所有的图形绘制都必须通过Shader，即着色器。一般的使用过程中，我们用到的都是unity自带的Shader,即build-in shader。学习Shader后，自己写的Shader能做出很多你想要的特殊效果,增强游戏的画面表现。例如 水的倒影。 LOGO的光影闪过等等效果等等。

Shader的分类:
Shader按管线分类一般分为固定渲染管线与可编程渲染管线
（1）固定渲染管线 ——这是标准的几何&光照(Transforming&Lighting)管线，功能是固定的，它控制着世界、视、投影变换及固定光照控 制和纹理混合。T&L管线可以被渲染状态控制，矩阵，光照和采制参数。功能比较有限。基本所有的显卡都能正常运行。
（2）可编程渲染管线——对渲染管线中的顶点运算和像素运算分别进行编程处理，而无须象固定渲染管线那样套用一些固定函数，取代设置参数来控制管线。

Unity3d的三种Shader


Unity的Shader分为三种：
（1）Fixed function shader 属于固定渲染管线 Shader, 基本用于高级Shader在老显卡无法显示时的Fallback（之后有详细介绍）。使用的是ShaderLab语言，语法与微软的FX files 或者NVIDIA的 CgFX类似。
（2）Vertex and Fragment Shader 最强大的Shader类型，属于可编程渲染管线. 使用的是CG/HLSL语法。
（3）Surface Shader Unity3d推崇的Shader类型，使用Unity预制的光照模型来进行光照运算。使用的也是CG/HLSL语法。


Unity3d三种Shader对比

三种Shader共同点：
(1)都必须从唯一一个根Shader开始
(2)Properties参数部分，作用及语法完全相同
(3)具体功能都在SubShader里(Subshader: 子Shader,Shader会自上而下运行第一个硬件能支持的Subshader，主要作用是对不用硬件的支持。)
(4)都可以打标签，例如Tags { "RenderType" = "Opaque" } LOD 200 以及Lighting On等
(5)都可以Fallback
(6)都可以处理基本的功能，例如光照漫反射（Diffuse）以及镜面反射（Specular）。但是Vertex and Fragment和Surface都能实现Fixed function实现不了的高级功能，例如基于uv计算的效果等等。

三种Shader不同点：
(1)Fixed function shader以及Vertex and Fragment Shader在subshader下面还有pass{},但是Surface Shader，由于已经将具体内容打包在光照模型了，不能加pass{},加了会报错。
(2)Fixed function shader每句代码之后没有分号';' 但是V&F shader以及Surface shader每句代码之后都必须加分号';'
(3)核心结构不同：
Fixed function shader的核心是
Material{} 以及 SetTexture[_MainTex]{}

Vertex and Fragment Shader的核心是

• CGPROGRAM
• #pragma vertex vert
• #pragma fragment frag
• #include "UnityCG.cginc"
• ENDCG
  

Surface Shader的核心是

（1）这套用的是Unity3d自带光照模型Lambert，也不做顶点处理，那么只需要一个表面处理函数surf即可

CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert
ENDCG
或者（2）这套表示使用的是自己写的光照模型lsyLightModel，并且使用了顶点处理函数vert

CGPROGRAM
// surface 表面处理函数 光照模型函数 顶点处理:函数
#pragma surface surf lsyLightModel vertex:vert
//执行顺序 顶点处理函数 -> 表面处理函数 -> 光照模型函数 ->颜色值
ENDCG

hyui

thakns for this article !

oelongeo

谢谢指导 赞一个!

Mr.Fair

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