Unity Shader

参考:

Unity ShaderLab 学习总结

Unity Shaders and Effects Cookbook

Unity4.x 从入门到精通

Cg Tutorial

OpenGL Step by Step

Learn Computer Graphics Programming from Scratch

基础知识

渲染管线

渲染管线渲染管线的基本构成由3个阶段组成：应用程序，几何和光栅化。每一个阶段都可能是一个管线，或者是并行的阶段。

类型

表面着色器(Surface Shaders)：可以与灯光、阴影、投射器进行交互。表面着色器的抽象层次较高，可以容易地以简洁方式实现复杂的着色器效果。可同时工作在前向渲染(Forward Shading)以及延迟渲染(Deferred Shading)模式下。以Cg/HLSL语言编写。
顶点和片段着色器(Vertex and fragment Shaders)：处理一些表面着色器无法处理的酷炫效果，或者不需要与灯光进行交互，或者是全屏图像效果。它能灵活地实现需要的效果，但是很难与Unity的渲染管线完美集成。用Cg/HLSL语言编写。
固定功能管线着色器(Fixed Function Shaders)：在不支持可编程管线的硬件下使用。完全以ShaderLab语言编写。

ShaderLab结构

	Shader "Custom/NewShader" {		//Shader的名称
		Properties {
			_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
			//在这里定义Shader中使用的属性，如颜色，向量，纹理
		}
		//子着色器
		SubShader {
		} 
		SubShader {
		}
		FallBack "Diffuse"		//备选Shader
	}

Properties属性定义：

用来定义着色器中使用的贴图资源或者数值参数。这些属性会在Inspector中显示以方便修改。属性定义如下：

	名称("显示名称", Vector) = 默认向量值				定义一个四维向量属性
	名称("显示名称", Color) = 默认颜色值				定义一个颜色(取值为0~1的四维向量)
	名称("显示名称", Float) = 默认浮点数值				定义一个浮点数属性
	名称("显示名称", Range(min, max)) = 默认浮点数值	定义一个浮点数范围属性，取值为min~max
	名称("显示名称", 2D) = 默认贴图名称{选项}			定义一个2D纹理属性
	名称("显示名称", Rect) = 默认贴图名称{选项}			定义一个矩形纹理属性(非2的n次幂)
	名称("显示名称", Cube) = 默认贴图名称{选项}			定义一个立方体纹理属性
	
	选项指的是一些纹理的可选参数：
	TexGen：纹理生成模式，包括ObjectLinear、EyeLinear、SphereMap、CubeReflect、CubeNormal
	LightmapMode：如果使用该选项，纹理将受渲染器的光照贴图参数影响

SubShader子着色器：

从上到下遍历子着色器，并使用第一个能被用户设备支持的子着色器进行渲染。
子着色器由标签(可选)、通用状态(可选)、Pass列表组成，语法结构为：

SubShader {
	[Tags标签]
	[CommonState通用状态]
	Passdef
	[Passdef ...Pass定义]
}

Pass

对于每个Pass，对象的几何体都被渲染一次。定义Pass的语法如下：

Pass{
	[Name and Tags名称和标签]
	[RenderSetup渲染设置]
	[TextureSetup纹理设置]
}

名称和标签：定义Pass的名称和标签。可以在别的着色器中通过Pass名称来重用它。标签(键-值对)可以用来向渲染管线说明Pass的意图。
渲染设置：设置图形硬件的各种状态，例如开启Alpha混合、开启雾效等。
纹理设置：指定一些要使用的纹理及其混合模式。语法为SetTexture纹理属性 {[命令选项]}

Fallback备用着色器：

一般指定一个对硬件要求最低的Shader，当所有子着色器不能运行时，会使用备用着色器进行渲染

表面着色器(Surface Shaders)

表面着色器的实现代码需要放在CGPROGRAM .. ENDCG代码块中，它会自己编译到各个Pass中。
使用#pragma surface...命令来指明它是一个表面着色器，如：

// #pragma surface 表面函数 光照模型 [可选参数]
// 光照模型可以为Lambert和BlinnPhong，或者是自定义光照模型
// 表面函数表示哪个Cg函数包含表面着色器的代码，形式如下：
void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o)
// 接收输入的UV或者附加数据，进行处理，最后将结果填充到输出结构体SurfaceOutput中
// 纹理坐标的命名规则为uv加纹理名称(uv_MainTex)

//附加数据
float3 viewDir			//视角方向
float4 COLOR			//每个顶点的插值颜色
float4 screenPos		//屏幕坐标
float3 worldPos			//世界坐标
float3 worldRefl		//世界坐标系中的反射向量
float3 worldNormal		//世界坐标系中的法线向量
INTERNAL_DATA			//当输入结构包含worldRefl或worldNormal且便面函数会写入输出结构的Normal字段时需包含此声明

SurfaceOutput描述了表面的各种参数，其结构为：

struct SurfaceOutput{
	half3 Albedo;		//反射光
	half3 Normal;		//法线
	half3 Emission;		//自发光
	half3 Specular;		//高光
	half3 Gloss;		//光泽度
	half3 Alpha;		//透明度
}

自定义光照模型函数：

half4 LightingName(SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten);			//不需要视角方向的前向着色
half4 LightingName(SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir half atten);		//需要视角方向的前向着色
half4 LightingName(SurfaceOutput s, half4 light);			//用于需要使用延时着色的项目

顶点和片段着色器(Vertex And Fragment Shaders)

顶点和片段着色器运行在具有可编程渲染管线的硬件上，包括顶点程序(Vertex Programs)和片段程序(Fragment Programs)。固定功能管线将会关闭，编写的顶点程序会替换固定管线中的3D变换、光照、纹理坐标生成能功能；片段程序会替换掉SetTexture命令中的纹理混合模式。结构如下：

Pass{
	//通道设置
	CGPROGRAM
	//编译指令
	#pragma vertex vert
	#pragma fragment frag
	//Cg代码
	ENDCG
	//其他通道设置
}

CG语义绑定机制

语义词，表示输入图元的数据含义（是位置信息，还是法向量信息），也表明这些图元数据存放的硬件资源（寄存器或者纹理缓冲区）。顶点着色程序和片段着色程序中 Varying inputs 类型的输入，必须和一个语义词相绑定，这称之为绑定语义（ binding semantics ）。在 Cg 语言中，通过引入语义绑定（binding semantics ）机制，指定数据存放的位置，实际上就是将输入输出数据和寄存器做一个映射关系。