【Unity Shader入门精要第3章】Unity Shader基础

1. Unity提供的四种shader模板

Standard Surface Shader：unity自己创建的shader类型，提供了基本的光照处理逻辑，使用者不需要自己实现vertext/fragment着色器，只要指定光照模型，unity会自动编译生成对应的vertext/fragment
shader Unlit Shader：一个不含光照处理的基础的vertext/fragment shader
Image Effect Shader：用于屏幕后处理效果的基础模板
Compute Shader：一种特殊的shader文件，与渲染过程本身无关，主要是为了利用GPU强大的并行计算能力进行快速计算

2. Unity Shader是什么

unity shader就是对渲染流水线中可编程或可配置部分进行实际控制的文件，这里面包括了两个语言的概念

ShaderLab
unity提供的，用于描述shader文件本身的一种语言，可以理解为这种语言是与Unity引擎交互的，用来通知Unity引擎这个shader是谁、都包含哪些内容
Cg/HLSL/GLSL
三种用于编写着色器代码的语言，是相对于通过汇编直接与GPU交互而产生的更易于理解和编写的高级语言，可以理解为Unity用这部分语言的代码通知显卡如何真正进行渲染
UnityShader中可以使用这三种语言中的任意一种，只需要在shader文件中指明使用的类型即可，为了描述方便，无论实际使用的是哪种语言，后面的文章中都会笼统称之为“CG代码段”

3. Unity Shader的基础结构

Shader "PathA/PathB/.../ShaderName_1"
{Properties {}SubShader{}SubShader{}...FallBack "PathC/PathD/.../ShaderName_2"
}

名字

字符串指定shader路径和名字
路径部分决定了在材质面板下拉框中shader所在的层级位置

属性

PropertyName("DisplayName", PropertyType) = DefaultValue

PropertyName：属性名
DisplayName：面板显示名
PropertyType：属性类型
DefaultValue：默认值

常用的属性类型可以分成三大类：

基本数值类
包括Int, Float, Range
默认值为一个具体的数值

_IntPro("IntPro", Int) = 1
_FloatPro("FloatPro", Float) = 1.0
_RangePro("RangePro", Range(0.0, 1.0)) = 0.5

矢量类
包括Vector 和Color
默认值为一个四维矢量

_VecPro("VecPro", Vector) = (0, 0, 0, 1)
_ColorPro("ColorPro", Color) = (1, 1, 1, 1)

纹理类
包括2D, 3D, Cube
默认值为字符串 + 花括号
字符串可以填内置的纹理名（如"White" “Black” "Gray"等）或空字符串

_Tex2D("Tex2D", 2D) = "White"{}
_Tex3D("Tex3D", 3D) = ""{}
_TexCube("TexCube", Cube) = ""{}

注意：Properties{}是ShaderLab的语义，其作用是通知unity引擎当前shader中有这些属性，需要unity在面板上显示出来可以编辑。但是如果在着色器中要使用的话，还需要在CG代码块中声明变量

4. SubShader

一个SubShader可以理解为一个渲染方案
每个UnityShader中可以有多个SubShader，但至少要有一个
Unity会从上往下依次查找当前平台支持的第一个SubShader使用
如果没有找到可以使用的SubShader，会使用FallBack指定的Shader

SubShader的基本结构

SubShader
{Tags{}[Render Setup]Pass{}Pass{}...
}

Tag	说明	示例
Queue	指定渲染队列	“Queue” = “Transparent”
RenderType	指定着色器类型，其实并没有什么实际作用，可以用来筛选shader，可以自己任意指定	“RenderType” = “Opaque”
DisableBatching	是否关闭合批	“DisableBatching” = “True”
ForceNoShadowCasting	关闭阴影	“ForceNoShadowCasting” = “True”
IgnoreProjector	不受Projector影响，比如在做透明度检测时使用	“IgnoreProjector” = “True”
CanUseSpriteAtlas	用于sprite	“CanUseSpriteAtlas” = “True”
PreviewType	材质在面板中的预览类型	“PreviewType” = “Plane”

Render Setup

状态设置，可选项，用于对渲染流水线中的各种可配置项进行配置，如果配置了状态，会应用于当前SubShader下的所有Pass，但会被单个Pass中的设置覆盖

配置项	说明	示例
Cull	剔除模式	Cull Back/Cull Front/Cull Off
ZTest	深度测试类型	ZTest Greater/ZTest Less/ZTest Equal/ZTest GEqual/ZTest LEqual/ZTest NotEqual/ZTest Always
ZWrite	深度写入	ZWrite Off/ ZWrite On
Blend	透明度混合因子	Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
BlendOp	透明度混合操作模式	BlendOp Add

5. Pass

一个Pass对应着一个完整的渲染流程，当一个SubShader中配置了N个Pass时，就代表在这种渲染方案中，需要进行N遍渲染才能得到最终的渲染效果

Pass的基本结构

Pass
{Name ""Tags{}[Render Setup][CGCode]
}

Name

可以为Pass指定名字，方便在其他shader中使用之前已经写好的pass
在跨shader使用Pass的时候，需要通过shader名 + “/” + pass名的方式指定要使用的Pass
Pass的名字会被Unity转化为大写，因此在使用的时候，指定的Pass名字也要用大写，如“PathA/PathB/ShaderA/PASS_1”

Tag	说明	示例
LightMode	指定渲染路径以及在渲染路径中的角色	“LightMode” = “ForwardBase”
RequireOptions	指定满足条件时才使用Pass，值为空格或分开的字符串	“RequireOptions” = “SoftVegetation”

Render Setup

状态设置，可选项，对当前Pass的渲染流水线配置做单独针对性设置，会覆盖SubShader中的同类设置。可设置的内容也与上文SubShader中一样。

CG代码段

XXPROGRAM
#pragma vertex vertFunc
#pragma fragment fragFunc
#pragma ...
...fixed4 _ColorPro;
...struct a2v 
{...
};
struct v2f 
{...
};
...v2f vertFunc(a2v _input) 
{v2f _output;...return _output;
}...fixed4 fragFunc(v2f _input)
{...return (1, 1, 1, 1)
}ENDXX

通过 XXPROGRAM 开启CG代码段，其中XX代表使用的语言，如CGPROGRAM，HLSLPROGRAM
通过ENDXX关闭CG代码段，其中XX代表使用的语言，如ENDCG
通过#pragma … 指定编译指令，如 #pragma vertext vertFunc 指定顶点着色器为verFunc，#pragma fragment fragFunc指定片元着色器为fragFunc
通过类型和变量名声明变量，如果要声明的变量是使用Properties中定义的属性的值，则声明的变量名需要与Properties中定义的属性名一样，变量类型也需要跟属性的类型对应，如 fixed4 _ColorPro; 就是声明了 _ColorPro 变量，且使用了上文Properties中定义的_ColorPro属性值
通过struct定义自定义结构实现定义的顶点着色器和片元着色器，如果要加入可选着色器
也可以在CG代码段中加入可选着色器，与顶点/片元着色器方式一样

后面章节中会对CG代码段内的内容做更详细的介绍

6. 表面着色器

与普通的顶点/片元着色器不同，表面着色器直接在SubShader中定义（而非Pass中），也就是直接在SubShader中添加CG代码段
表面着色器除了指定着色器类型和名字外，还需要指定使用的光照模型，如 #pragma surface surfaceFunc Lambert 就是制定了表面着色器名字为surfaceFunc，且使用的光照模型为Lambert

表面着色器会被unity自动编译成普通的顶点/片元着色器，因此不需要返回值

SubSader
{Tags{"Queue" = "Transparent"}CGPROGRAM#pragma surface surfaceFunc Lambert;struct Input{float4 color : COLOR;}void surfaceFunc(Input _input, inout SurfaceOutput o){o.Albedo = 1;}ENDCG
}