1. Unity 中的shader
Shader模板
Unity为我们提供4种unity Shader 模板
- Standard Surface Shader
产生一个包含了标准光照模型的表面着色器模板。 - Unlit Shader
产生一个不包含光照(但包含雾效)的基本的顶点/片元着色器。 - Image Effect Shader
为我们实现各种屏幕后处理效果提供一个基本模板。 - Compute Shader
产生一种特殊的Shader文件,这类Shader旨在利用GPU的并行性来进行一些与常规渲染流水线无关的计算。
2. ShaderLab
Unity中,Unity Shader都是使用ShaderLab来编写,ShaderLab是Unity提供的编写Unity Shader的说明性语言。
2.1 ShaderLab基础结构
Shader "ShaderName"{
properties{
//属性
}
SubShader{
//显卡A使用的子着色器
}
SubShader{
//显卡B使用的子着色器
}
Fallback "VertexLit"
}
Unity在背后会根据使用的平台来把这些结构编译成真正的代码和Shader文件,开发者只需要和Unity Shader打交道。
2.2 ShaderLab结构详解
2.2.1 Shader名字
ShaderLab 文件第一行,指定Shader的名字,通过斜杆(“/”),可控制Unity Shader在材质面板中的位置,如:
Shader "Custon/MyShader"
则Shader所在位置:
2.2.2 Properties
Properties语义块包含一些列属性,这些属性会出现在材质面板上。
Properties{
Name1("display name1", PropertyType1) = DefaultValue1
Name2("display name2", PropertyType2) = DefaultValue2
...
}
属性名通常以下划线"_"开头,定义了这些属性后,即可在材质面板调节各种材质属性。使用每个属性的名字(Name) 可在Shader中访问它们。
每种属性都需要指定类型(PropertyType),以及赋予默认值,常用属性如下:
属性类型 | 默认值定义语法 | 例子 |
Int | number | _Int(“Int”, Int) = 2 |
Float | number | _Float(“Int”, Float) = 2 |
Range(min, max) | number | _Range(“Range”, Range(0.0, 10.0)) = 1.5 |
Color | (number,number,number,number,) | _Color(“Color”, Color) = (255,255,255,255) |
Vector | (number,number,number,number,) | _Vector(“Vector”, Vector) = (1, 1, 1 ,1) |
2D | “defaulttexture”{} | _2D(‘2D’, 2D) = “”{} |
Cube | “defaulttexture”{} | _Cube(‘Cube’, Cube= “white”{} |
3D | “defaulttexture”{} | _3D(‘3D’, 3D) = “black”{} |
2.2.3 SubShader
每个Unity Shader文件可包含至少一个SubShader。当Unity需要加载这个Unity Shader时,Unity会扫描所有的SubShader语义块,然后选择一个能够在目标平台运行 的SubShader。假如没有一个SubShader支持的话,Unity会使用Fallback语义指定的Unity Shader。
**原因:**不同显卡能力性能不同,比较老的显卡可能支持的操作指令数量较少,高级的显卡可支持的指令数较多,故而我们希望程序能在旧的显卡上运行,又能在高级的显卡上有更好的体验。
SubShader语义块通常如下:
SubShader{
//可选
[Tags]
//可选
[RenderSetup]
Pass{
}
Pass{
}
...
}
SubShader中定义了一系列Pass以及可选的转态([RendetSetup])和标签([Tags])。每个Pass定义了一次完整的渲染流程,我们应尽量使用小数目Pass,太多Pass会使渲染性能下降。
- 状态设置
ShaderLab提供了一系列渲染状态的设置指令,从而设置显卡的各种状态,常用渲染状态如下:
状态名称 | 设置指令 | 解释 |
Cull | Cull Back|Front|Off | 设置剔除模式:剔除背面/正面/关闭剔除 |
ZTest | ZTest Less Greater|LEqual|GEqual|Equal|NotEqual|Always | 设置深度测试时使用的函数 |
ZWrite | ZWrite On|Off | 开启/关闭深度写入 |
Blend | Blend SrcFactor DstFactor | 开启并设置混合模式 |
在SubShader块中设置上述渲染状态时,将会应用到所有的Pass,假如不希望这样,只想作用于特定Pass,可以再Pass语义块中单独进行设置。
- SubShader的标签
SubShader的标签(Tags)是一个键值对(Key/Value Pair),它的键和值都是字符串类型。这些键值对是SubShader和渲染引擎之间的沟通桥梁。它们用来告诉Unity的渲染引擎:SubShader希望如何、以及何时渲染这个对象。
标签结构如下:
Tags{ "TagName1" = "Value1" "TagName2" = "Value2"}
SubShader的标签块支持的标签类型如下:
**注意:**上述标签只能在SubShader中声明,不能在Pass块中声明。
- Pass语义块
Pass语义块的语义如下:
Pass{
[Name]
[Tags]
[RenderSetup]
}
- 定义Pass名字
Name "MyPassName"
通过这个名字,可以在其他Unity Shader中使用该Pass:
UsePass "MyShader/MYPASSNAME"
这样就提高了代码的发用性,我们可以发现调用的过程中使用了大写的形式,这并不是写错,而是因为Unity内部会把所有的Pass的名称都转成大写,故而我们在使用UsePass时,必须使用大写的形式。
- Pass标签
Pass同样可以设置标签,它的标签不同于SubShader的标签,这些标签也是用于告诉渲染引擎如何来渲染该物体。以下是Pass中使用的标签类型:
标签类型 | 说明 | 例子 |
LightMode | 定义该Pass在Unity的渲染流水线中的角色 | Tags{“LightMode” = “ForwardBase”} |
RequireOptions | 用于指定当满足某些条件时才渲染该Pass,它的值是一个由空格分隔的字符串。目前Unity支持的选项有:SoftVegetation | Tags{“RequireOptions” = “SoftVegetation”} |
除了上面普通的Pass定义外,Unity Shader还支持一些特殊的Pass,以便进行代码复用或者实现更复杂的效果。
- UsePass : 可以使用该命令来复用其他Unity Shader中的Pass。
- GrabPass:该Pass负责抓取屏幕并将结果存储在一张纹理中,用于后续的Pass处理。
2.2.4 Fallback
在ShaderLab语义块的最后,是一个Fallback指令,它告诉Unity如果上面的所有SubShader在这块显卡都不能运行,就使用这个最低级的Shader!!
Fallback "name" //告诉显卡使用哪个Unity Shader
//或者
Fallback Off
3. Unity Shader的形式
3.1 表面着色器
表面着色器(Surface Shader)是Unity自己创造的一种着色器代码类型。它的代码量很少,但渲染代价比较大。当给Unity提供一个表面着色器的时候,Unity需要在背后做很多工作,把它转换成顶点/片元着色器。
好处:Unity对顶点/片元着色器更高一层的的抽象,为我们处理很多光照细节,我们不需要操心这些事。
简单的表面着色器如下:
Shader "Custom/Simple Surface Shader"{
SubShader{
Tags{"RenderType" = "Opaque"}
CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert
struct Input{
float4 color : COLOR;
};
void surf(Input IN, input SurfaceOutput 0){
o.Albedo = 1;
}
ENDCG
}
Fallback "Diffuse"
}
上面的程序中,表面着色器被定义在SubShader语义块中的CGPROGRAM和ENDCG中(而不是Pass中),因为表面着色器不需要开发者关心使用多少个Pass以及每个Pass如何渲染,这些事情都交给Unity去完成就好了。
CGPROGRAM和ENDCG之间的代码是使用CG/HLSL编写的,我们需要把CG/HLSL语言嵌套在ShaderLab语言中
**注意:**此处的CG/HLSL是Unity封装过的,与标准的CG/HLSL几乎一样,只有细微差别,一些原生的函数可能Unity并没有提供。
####3.2 顶点/片元着色器
在Unity中,我们可以使用CG/HLSL语言来编写顶点/片元着色器(Vertex/Fragment Shader)。它更加复杂,但也更加灵活了。
Shader "Custom/Simple VertexFragement Shader"{
SubShader{
Pass{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
float4 vert(float4 v:POSITION):SV_POSITION{
return mul(UNITY_MATRIX_MVP, v);
}
float4 frag():AV_Target{
return fixed4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0)
}
ENDCG
}
}
}
代码同样写在CGPROGRAM和ENDCG之间,但顶点/片元着色器是写在Pass语义块内的,而不是Subshader内,因为我们需要自己定义每个Pass。因此我们需要编写更多的代码,但也因如此变得灵活性更高,可以控制渲染的实现细节。
####3.3 固定函数着色器
对于一些比较老旧的设备,它们不支持可编程管线着色器,此时需要使用固定函数着色器(Fixed Function Shader),这样的着色器往往只能完成一些简单的效果。
Shader "Tutorial/Basic"{
Properties{
_Color ("Main Color", Color) = (1, 0.5, 0.5, 1)
}
SubShader{
Pass{
Material{
Diffuse [_Color]
}
Lighting On
}
}
}
对于固定函数着色器来说,我们需要完全使用ShaderLab的语法(即使用ShaderLab的渲染设置命令)来编写,而不是CG/HLSL。
色器
对于一些比较老旧的设备,它们不支持可编程管线着色器,此时需要使用固定函数着色器(Fixed Function Shader),这样的着色器往往只能完成一些简单的效果。
Shader "Tutorial/Basic"{
Properties{
_Color ("Main Color", Color) = (1, 0.5, 0.5, 1)
}
SubShader{
Pass{
Material{
Diffuse [_Color]
}
Lighting On
}
}
}
对于固定函数着色器来说,我们需要完全使用ShaderLab的语法(即使用ShaderLab的渲染设置命令)来编写,而不是CG/HLSL。