前言
“Shader即着色器，是一款运行在GPU上的程序，用来对三维物体进行着色处理、光与影的计算、纹理颜色的呈现等，从而将游戏引擎中的一个个作为抽象的几何数据存在的模型、场景和特效，以和真实世界类似的光与影的形式呈现于玩家的眼中。”这段话出自郭浩瑜老师所著《Unity3D ShaderLab开发实战详解（第2版）》。可见着色器是服务于显示阶段的，因此要想能够各家随心所欲地控制显示效果，必须学习着色器。
本文将会先介绍着色器的基本含义，然后介绍两种着色器，分别是表面着色器和顶点片段着色器。还有一种固定管线着色器，由于已经基本淘汰，就不再介绍了。
1 着色器是什么
既然我们是入门教程，那我们就不会涉及复杂的渲染理论，而是以最直观的方式把要说的东西说出来。简单来讲，着色器就是把贴图加工成材质的工具。首先，我们知道任何一个物体如果要有一些特殊的视觉效果，需要为其赋予材质（Material），而材质很多情况下是要有贴图（Texture）的，我们所讲的着色器（Shader）可以对Texture进行处理，使其被加工为最终符合要求的Material。如果拿做菜来比喻的话，贴图就是食材，着色器就是菜谱，材质就是做出来的菜。
2 表面着色器
表面着色器是一个将多种渲染效果封装起来的着色器。不用自己写顶点和片段的渲染细节，可以快速调整一些参数如金属、高光、贴图等。新建一个材质和一个表面着色器，将着色器拖到材质上。默认的表面着色器shader代码如下：
Shader "Custom/Surface" {
Properties {
_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
_MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
_Glossiness ("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
_Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
CGPROGRAM
// Physically based Standard lighting model, and enable shadows on all light types
#pragma surface surf Standard fullforwardshadows
// Use shader model 3.0 target, to get nicer looking lighting
#pragma target 3.0
sampler2D _MainTex;
struct Input {
float2 uv_MainTex;
};
half _Glossiness;
half _Metallic;
fixed4 _Color;
void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
// Albedo comes from a texture tinted by color
fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
o.Albedo = c.rgb;
// Metallic and smoothness come from slider variables
o.Metallic = _Metallic;
o.Smoothness = _Glossiness;
o.Alpha = c.a;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}
Properties中是shader的属性，将会在面板上显示，可以手动调整。SubShader是渲染的流程，里面可以设置渲染路径和光照等。里面主要是surf函数，包含对金属感、光滑度的设置。最后是FallBack，表示失败后默认返回漫反射效果。为了展示调参效果，我给材质找了一个金属拉丝效果的贴图。
然后调整参数，观察调整中的效果。
3 顶点片段着色器
顶点片段着色器，顾名思义就是可以控制顶点渲染和片段渲染的着色器。我们新建一个ImageEffectShader。在Project选项卡中选择Create——Shader——ImageEffectShader。
默认的代码如下：
Shader "Hidden/NewImageEffectShader"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
// No culling or depth
Cull Off ZWrite Off ZTest Always
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
};
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.uv = v.uv;
return o;
}
sampler2D _MainTex;
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// just invert the colors
col = 1 - col;
return col;
}
ENDCG
}
}
}
该着色器是一个非常简单的顶点片段着色器，实现了颜色值的取反。它的属性面板只有一个贴图参数。在SubShader中是一个pass，pass是执行渲染的时候使用的通道。Pass中有顶点函数vert()和片段函数frag()。vert的入口参数是从应用程序传来的appdata型数据，返回的是v2f型数据。而frag的入口参数是vert的返回的v2f型数据，返回的是颜色值。Shader中的数据必须是有语义的，因此我们看到appdata和v2f结构中每个元素后面都有冒号，冒号后面就是变量对应的语义。
平时我们编写的shader多数都是顶点片段着色器，而unity shader的语法最好是通过教程系统学习，我们这里只是点到为止，跟大家分享unity shader可以做哪些东西。当然，对于刚刚入门的初学者，shader是基本不会用到的，如果觉得确实不那么需要，可以先忽略掉这部分内容，以后熟练了再回过头来学习。
