Unity Shader基础

Unity 材质的创建

我们可以在Unity的菜单栏中选择Assets->Create->Material来创建。当创建了一个材质后，就可以把它赋给一个对象，将材质直接拖拽到Scene视图中的对象上。

将材质直接拖曳到模型的Mesh Renderer组件中

Unity Shader的创建

我们可以在Unity的菜单栏中选择Assets->Create->Shader来创建。同时Unity给我们提供了4种Unity Shader模板来供我们选择。

Standard Surface Shader会产生一个包含了标准光照模型的表面着色器模板。
Unlit Shader则会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则为我们实现各种屏幕后处理效果提供了一个基本模板。
Compute Shader会产生一种特殊的Shader文件，这类Shader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。

Unity Shader的导入

在Project视图中选中某个Unity Shader即可看到该Shader的导入设置面版。

Unity Shader的导入设置面板

Default Maps可以指定该Unity Shader使用的默认纹理。
Surface shader是否是一个表面着色器。
Fixed function是否是一个固定函数着色器。
Compiled code下拉列表可以让开发者检查该Unity Shader针对不同图像编程接口（列如OpenGL、D3D9、D3D11等）最终编译成的Shader代码。
Render queue使用的渲染队列。
Disable batching是否关闭批处理。
Properties属性列表。

Gompile and show code下拉列表

Shader Lab

Unity Shader是Unity为开发者提供的高级层渲染抽象层。Unity希望通过这种方式来让开发者更加轻松的控制渲染。在Unity中所有的Unity Shader都是使用ShaderLab来编写的。

Unity Shader为控制渲染过程提供了一层抽象。如果没有使用Unity Shader（左图），开发者需要和很多文件和设置打交道，才能让画面呈现出想要的效果；而在Unity Shader的帮助下（右图），开发者只需要使用ShaderLab来编写Unity Shader文件就可以完成所有的工作

Unity Shader的结构

1.Shader的起名
每个Unity Shader文件的第一行都需要通过Shader语义来指定该Unity Shader的名字。
当为材质选择使用的Unity Shader是，这些名称就会出现在材质面板的下拉列表里。

Shader "Custom/MyShader" {}

那么这个Unity Shader在材质面板中的位置就是
Shader->Custom->MyShader。

在Unity Shader的名称定义中利用斜杠来组织在材质面板中的位置

2.Properties
Properties语义块中包含了一系列的属性，这些属性将会出现在材质面板中。

 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
    }

在Unity中这些属性的名字通常由一个下划线开始。显示的名称会出现在材质面板上。我们需要指定每个属性的类型。除此之外，我们还需要给每个属性指定一个默认值，我们第一次把这个Unity Shader赋给某个材质是，材质面板上显示的就是这些默认值。

常见的属性类型

Shader "Unity Shaders Book/Chapter 3/MyShader" {
    Properties {
        // Numbers and Sliders
        _Int ("Int", Int) = 2
        _Float ("Float", Float) = 1.5
        _Range("Range", Range(0.0, 5.0)) = 3.0
        // Colors and Vectors
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _Vector ("Vector", Vector) = (2, 3, 6, 1)
        // Textures
        _2D ("2D", 2D) = "" {}
        _Cube ("Cube", Cube) = "white" {}
        _3D ("3D", 3D) = "black" {}
    }

不同属性类型在材质面板中的显示结果

3.SubShader
SubShader中定义了一系列的Pass以及可以选的状态和标签设置。每个Pass定义了一次完整的渲染流程。

状态设置
Shader Lab提供了一系列渲染状态的设置指令。当在SubShader块中设置了渲染状态时，将会应用到所有的Pass，如果我们希望这样，可以在Pass语义块中单独的进行设置。

常见的渲染状态设置选项

SubShader的标签
SubShader的标签是一个键值对，他的键和值都是字符串类型。它们用来告诉Unity的渲染引擎：SubShader我希望怎样以及何时渲染这个对象。

SubShader的标签类型

Pass语义块

Pass{
  [Name]
  [Tags]
  [RenderSetup]
  //Other code
}

首先，我们可以在Pass中定义该Pass的名称

Name "MyPassName"

通过这个名字，我们可以使用Shader Lab的UsePass来直接使用其他的Unity Shader中的Pass来提高代码的复用性。在Unity内部会把所有的Pass名称转换为大写字母，所以使用UsePass必须使用大写形式的名字。

UsePass "MyShader/MYPASSNAME"

我们也可以对Pass设置渲染状态，SubShader的渲染状态同样适用于Pass。在Pass中我们还可以使用固定渲染管线着色器。
Pass同样可以设置标签，但是它不同于SubShader的标签，这些标签适用于告诉渲染引擎我们希望如何来渲染物体。

Pass的标签类型

4.Fallback
Fallback用于告诉Unity，“如果上面的所有SubShader在这块显卡上都不能运行，那么就用这个最低级的Shader吧！”

Fallback "Name"
//或者关闭
Fallback off

Unity Shader的形式

在Unity中，我们可以使用下面三种形式来编写Unity Shader。

Shader "MyShader"
  ProPerties{
    //各种所需的属性
  }
  SubShader{
    //真正意义上的Shader代码
    //表面着色器（Surface Shader）或者
    //顶点/片元着色器（Vertex/Fragment Shader）或者
    //固定函数着色器（Fixed Function Shader）
  }
  SubShader{
    //和上一个一样
  }
}

表面着色器
表面着色器是Unity自己创造的一种着色器代码类型，但它在背后仍旧要转换成对应的顶点/片元着色器。它存在的价值在于Unity帮我们处理了很多光照细节，让我们不用心焦这些琐事。

一个简单的表面着色器示例代码

从代码中可以看出表面着色器被定义在SubShader语义块内（非Pass语义块）的CGPROFGAM和ENDCG中，CGPROFGAM和ENDCG中的代码时使用CG/HLSL来编写的。。

顶点/片元着色器

一个简单的顶点/片元着色器

和表面着色器类似，顶点/片元着色器的代码也需要定义在CGPROFGAM和ENDCG中，不同的是，顶点/片元着色器是写在Pass语义块内，而非SubShader内。

固定函数着色器
上面的两种Unity Shader形式都使用了可编程管线，而对一些比较老旧的设备，其GPU支持DirectX 7.0或OpenGL 1.5或OpenGL ES1.1），这时候我们就需要使用固定函数着色器来完成渲染，这些着色器往往只能完成一些非常简单的效果。固定函数着色器是定义在Pass语义块中的，且不需要定义在CGPROFGAM和ENDCG中，完全使用Shader Lab的语法。

一个简单的固定函数着色器

选择哪种Shader形式
1.如果与各种光源打交道，可以使用表面着色器，但需要担心它在移动平台的表现。
2.如果光照数目非常少，或者需要自定义很多渲染效果，那么请选择顶点/片元着色器。