Unity shader 官网文档全方位学习（一）
What?? Shader，看起来好高级的样子，是的，这是Unity中高级进阶的必备。因此，兄弟我就在此记下我学习官网的一些心得。
此为一。主要介绍些Surface Shaders的知识。具体的大家也可去官网（如下）学习。
http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/SL-SurfaceShaders.html
一、概念篇
1.基准：unity里的shader并不是一门独特的语言，而是一种代码生成方式，且可将低层次且复杂的shader编程进行简化。但同时你也还是得使用Cg/HLSL来写的。
2.原理：写一个函数，以UVs或者一些数据为入口，然后以SurfaceOutput为输出。同时在SurfaceOutput这个结构体里还有不同的属性。这样对于这个函数来说，他的执行过程会生成vertex和pixel的Shader，并且传递一些渲染的路径。
3.结构：输出结构：
struct SurfaceOutput { half3 Albedo; half3 Normal; half3 Emission; half Specular; half Gloss; half Alpha;};

Albedo，是漫反射的颜色值。Normal，法线坐标Emission，自发光颜色Specular，镜面反射系数Gloss，光泽系数Alpha，透明度系数
二、编程规则
1.要写在CGPROGRAM..ENDCG的SubShader的块里。不可写在Pass里。
2.shader的名字是可以重复的，重复后，以后来的shader为主。
3.指令详细：

pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

=>surfaceFunction，没什么好说，肯定是函数名了。
=>lightModel是所采用的光照模型。可以自己写也可使用内置如Lambert和BlinnPhong.
=>optionalparams:可选参数，一堆可选包括透明度，顶点与颜色函数，投射贴花shader等等。具体用到可以细选。
另外这里有一个功能。在Surface shader的CGPROGRAM里添加 #pragma debug [内容]。可在编译结果的文件中看到。写多少都行。但尝试在其他种shader下不行。
三、实例学习：
1.Simple:
Shader "Example/Diffuse Simple" { SubShader { Tags { "RenderType" = "Opaque" } CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert struct Input { float4 color : COLOR; }; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = 1; } ENDCG } Fallback "Diffuse" }

第一个。行行来：第一行：写个名字。这也有讲究的。斜线左边为其父类的组，无则新增，有则累加，右边才是真正的名字。注意，这些shader名不像C#脚本，无需文件名与shader名相同。
第二、三行：接下来就在SubShader里添加内容，SubShader是可以有多个的。然后上一个Tags，此处只用到RenderType这种，另外的还有Rendering order, ForceNoShadowCasting..等。这些本阶段暂不研究。
第四行：上一条指令，里面指定响应方法为surf且采用Lambert的光照模型。这个必须有的。
第五行：这个结构体，记得名字不能改，只能为Input。里面一个四元素的颜色值（RGBA）。
第七到第九行：第一个参数，纯输入的上述结构体参数。第二个参数，inout标识，意思是可为输入参数也可为输出参数。Albedo根据前面介绍到的，是一个rgb的值，如果给一个1，其实就是float3(1,1,1)，就是反射出来的颜色为白色，如果为100，则是加强反射强度，并不会改变其颜色。为0或为负数时道理类似。
最后Fallback，后方的是自带的shader，可以用自己自定义好的。这里这句的意思是，如果所有subshader在当前显卡都不支持，则默认返回自带的Diffuse。

这个例子呢。其实只是第一个的基础上添加了一个2D属性显示名为Texture。以下解析：第一个黑体：添加一个名叫_MainTex的属性，指定其为2D类型且显示为Texture。"white"那块可不是乱写的，是unity的build-in的一些textures的名称，而不是单纯颜色名字。意思是当默认时显示为名叫white的材质。如改成red（即使用名叫red的材质，如果有其他也可叫其名字），则效果如下：

第二个黑体：uv_MainTex。这其中大有玄机，uv开头指代后方材质的uv值，因此uv不变，后面的可以根据开头起的名字动态换。还有哦，这种类似于_MainTex的命名方式是CG推荐的，其实不用下划线也OK的。
第三个黑体：这个Sampler2D，可以理解为引用一个2D Texture。因为下面的Tex2D函数需要这种类型。所以说这个后面的名字要与Properties里的对应一样才行。
第四个黑体：Tex2D，这玩意就是根据对应材质上所有的点找指定 2DSample上的Texture信息，此处需要其RGB信息，就打出来赋给了其反射值。所以对有材质图的情况下，要显示出图，还是要相应的反射其原图的rgb值。

这个例子里加了个凹凸贴图，可实现类似一些很漂亮的凹凸效果。第一个黑体：加一个2D类型的材质，默认为bump。（即带有凹凸效果的）。
第二个黑体：上一个采集器。采集下来上面的材质。
第三个黑体：有讲究，这个UnpackNormal是unity自带的标准解压法线用的，所谓解压，我暂时学习到的只是将法线的区间进行变换。由于tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap)取出的是带压缩的[0,1]之间，需要转成[-1,1]。这个函数会针对移动平台或OPENGL ES平台采用 RGB法线贴图，其他采用DXT5nm贴图。为此也可自己写。也在网上找到了一些资料，如下参考：
// Shader: 带法线贴图的Surface Shader// Author: 风宇冲Shader "Custom/3_NormalMap" { Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} _NormalMap ("NormalMap", 2D) = "white" {} } Subshader { CGPROGRAM #pragma surface surf BlinnPhong struct Input { float2 uv_MainTex; }; //法线范围转换：单位法线 float3(x,y,z),x，y,z的取值范围是 [-1,1]。在法线贴图中被压缩在颜色的范围[0,1]中，所以需要转换 //(1)RGB法线贴图 float3 expand(float3 v) { return (v - 0.5) * 2; } //(2)DXT5nm法线贴图 float3 expand2(float4 v){fixed3 normal;normal.xy = v.wy * 2 - 1;normal.z = sqrt(1 - normal.x*normal.x - normal.y * normal.y);return normal;} sampler2D _MainTex; sampler2D _NormalMap; void surf(Input IN,inout SurfaceOutput o) { half4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex); o.Albedo = c.rgb; o.Alpha = c.a;//对法线贴图进行采样，取得压缩在颜色空间里的法线（[0,1]） float4 packedNormal = tex2D(_NormalMap, IN.uv_MainTex); //要将颜色空间里的法线[0,1],转换至真正3D空间里的法线范围[-1,1] //注意：范围基本都是从[0,1]转换至[-1,1].主要是图的通道与法线xyz的对应关系要根据法线贴图格式而定 //UnpackNormal, UnityCG.cginc里的函数 //o.Normal = UnpackNormal(packedNormal); //expand,标准法线解压函数 o.Normal = expand(packedNormal.xyz); } ENDCG }}

[转载自http://bbs.9ria.com/thread-169460-1-1.html]

新增的一些东西，我都用数字标注了。以下进行详细解读：
第一处（//1）:上一个Color类型的显示为Rim Color的变量。颜色值RGBA对应0.26,0.19,0.16,0.0
第二处（//2）:这个Range类型的变量，结果还是一个float。只是这个float是在这个range之内。为什么这么定义呢。如果超多，或过小，则使用range内指明的值代替。
第三处（//3）:viewDir 意为World Space View Direction。就是当前坐标的视角方向。这里有个从相关网上找的图：链接：http://game.ceeger.com/forum/read.php?tid=11367

这个最好理解了。前面三个一样。上一个2D Texture。
最后一个黑体：在原先的反射基础上，在加一层，Texture的反射。
就是这样啦。最后上几个截图，大家一定就明白。

这个比较有趣，是从上个例子的基础上将第二层叠加上的2D Texture根据当前屏幕的UV进行叠加，而不是根据自身的UV。这样带有含此shader材质的物体的贴图就会跟着移动到的位置而变换图片。这里只需要说三点：
1.关于screenPos:screenPos是一个三维点，但是用齐次坐标的形式表示出来就是（x,y,z,w），根据齐次坐标的性质。（x,y,z,w）的齐次坐标对应三维点（x/w,y/w,z/w）。因此把w值除掉可以看来是一种Normalize的作法，这样就取出了实际的屏幕xy的UV值。
2.对screenUV进行倍剩：此处剩float2（8，6）意为将原获取到屏幕尺寸进行拉大的倍数。即x轴拉大8倍，y轴拉大6倍。
3.如何就平铺了刚好一行8个，一列6个了呢？ 原因我觉得是在于2d Texture自己是按Normalize后进行铺的，因此在//2(刚转完标准的)screenPos后，将其剩多少即便将原图铺多少张。
OK。明了。其实这个东西可以拿来做放大镜的应用。上图：

7. Cubemap reflection
   Shader "Example/WorldRefl" { Properties { _MainTex ( "Texture", 2D) = "white" {} ** _Cube ("Cubemap", CUBE) = "" {}** } SubShader { Tags { "RenderType" = "Opaque" } CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert struct Input { float2 uv_MainTex; ** float3 worldRefl;** }; sampler2D _MainTex; ** samplerCUBE _Cube;** void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb * 0.5; ** o.Emission = texCUBE (_Cube, IN.worldRefl).rgb;** } ENDCG } Fallback "Diffuse" }

Shader "Example/WorldRefl Normalmap" { Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} _BumpMap ("Bumpmap", 2D) = "bump" {} _Cube ("Cubemap", CUBE) = "" {} } SubShader { Tags { "RenderType" = "Opaque" } CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert struct Input { float2 uv_MainTex; float2 uv_BumpMap; float3 worldRefl; INTERNAL_DATA }; sampler2D _MainTex; sampler2D _BumpMap; samplerCUBE _Cube; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb * 0.5; o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap)); o.Emission = texCUBE (_Cube, WorldReflectionVector (IN, o.Normal)).rgb; } ENDCG } Fallback "Diffuse" }

这两段都是加一个cubemap的反射。第二段相比之下是在有normal反射的基础上加的。Cubemap这东西，可设置几种面的不能渲染图，这方面可用于做天空盒。因为这样可以从各个角度看过去以显示不同的渲染效果。以下说明：

1. worldRefl:即为世界空间的反射向量。
2. texCUBE:将反射向量一个个的往_Cube反射盒上找出然后做为Emission反射出来。
3. 第二个例子只是将其用在Normal反射后，这样一定要多添加一个INTERNAL_DATA的属性，另外也需用到WorldReflectionVectore方法取其利用Normal后的反射向量值。
   类似于的效果，可见官网中的。我这也有一个，有点像打了光的样子。
   
   
   8.Slices via World Space Position
   Shader "Example/Slices" { Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} _BumpMap ("Bumpmap", 2D) = "bump" {} } SubShader { Tags { "RenderType" = "Opaque" } ** Cull Off ** CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert struct Input { float2 uv_MainTex; float2 uv_BumpMap; ** float3 worldPos;** }; sampler2D _MainTex; sampler2D _BumpMap; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { ** clip (frac((IN.worldPos.y+IN.worldPos.z0.1) * 5) - 0.5);* o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb; o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap)); } ENDCG } Fallback "Diffuse" }

在看完这段后，我自己另外又加一段，以作对比：
float3 _tWorldPos;void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { _tWorldPos = IN.screenPos.xyz / IN.screenPos.w; //clip (frac((IN.worldPos.y+IN.worldPos.z0.1) * 5) - 0.5); clip (frac((_tWorldPos.y+_tWorldPos.z0.1) * 3) - 0.5); o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb; o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));}

第二个黑体：frac是取小数的函数，如1.23 取出来是 0.23。clip函数用于清Pixel的，负值情况下才进行清pixel。且越小，即绝对值越大则清越多。 这里注意那个* 5，仔细一想，如果frac出来的值越大，-0.5值就越大，绝对值就越小，因此这样清掉的pixel越少，所以就可以间接的增加分段的次数。那为什么要+IN.worldPos.z*0.1呢，主要原因就是空开的断添加一个倾斜角度，可以用空间思想想下。我的那段，就是将要clip的坐标换掉，换成屏幕的。这样你移动物体时，clip掉的部分会变化。
最后，上下效果图：

9.Normal Extrusion with Vertex Modifier

Shader "Example/Normal Extrusion" { Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} ** _Amount ("Extrusion Amount", Range(-1,1)) = 0.5** } SubShader { Tags { "RenderType" = "Opaque" } CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert vertex:vert //1 struct Input { float2 uv_MainTex; }; ** float _Amount;** //2 ** void vert (inout appdata_full v) { //3 ** v.vertex.xyz += v.normal * _Amount; //4 ** }** sampler2D _MainTex; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb; } ENDCG } Fallback "Diffuse" }

这是个自定义vertex的例子，效果可以实现点坐标的放大缩小，以形成肥仔与瘦棍的效果，哈哈。第一个黑体（//1）:添加一个可选参数为vertex，主要是为了给其添加一个函数vert。
第二个黑体（//2）:这个_Amount对应开头的那个属性_Amount。具体是个Range值，可在shader界面外通过滑动条改变这个值。默认为0.5。
第三个黑体（//3）:这里除了之前学过的东西外，多了个appdata_full的结构体。这里面的结构（载自UNITY官方论坛）如下：
struct appdata_full {

float4 vertex : POSITION;

float4 tangent : TANGENT;

float3 [normal](http://unity3d.com/support/documentation/ScriptReference/30_search.html?q=normal) : NORMAL;

float4 texcoord : TEXCOORD0;

float4 texcoord1 : TEXCOORD1;

fixed4 color : COLOR;

if defined(SHADER_API_XBOX360)

half4 texcoord2 : TEXCOORD2;

half4 texcoord3 : TEXCOORD3;

half4 texcoord4 : TEXCOORD4;

half4 texcoord5 : TEXCOORD5;

endif

};

10.Custom data computed per-vertex

Shader "Example/Custom Vertex Data" { Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} } SubShader { Tags { "RenderType" = "Opaque" } CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert vertex:vert struct Input { float2 uv_MainTex; ** float3 customColor;** //1 }; void vert (inout appdata_full v, out Input o) {//2 UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input,o); ** //3 o.customColor = abs(v.normal);** //4 } sampler2D _MainTex; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb; *o.Albedo = IN.customColor; //5 } ENDCG } Fallback "Diffuse" }

这个例子是用来渲染颜色的。我的分析如下:
第一处（//1）:取一个颜色值，float3，对应RGB。
第二处（//2）:较前个例子，多一个Input类型的参数，只为输出使用。
第三处（//3）:UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type,name)这个函数大有用处，主要是将叫[name]的变量请空改成type类型。以下是从HLSLSupport.cginc里找到的定义：

if defined(UNITY_COMPILER_HLSL)#define UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type,name) name = (type)0;#else#define UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type,name)#endif

第四处（//4）:RGB颜色值当然只能为正值，所以使用绝对值去取normal的值。
第五处（//5）:在原先已经渲染上texture颜色值的基础上，加上这层自定义的颜色值。
上效果：

这个例子是跟上面例子的对比，前种使用普通反射进行叠加上颜色，此处则是直接使用finalcolor对其颜色进行处理，这种可以处理整个模型的固定颜色值的渲染。以下做简要的分析：
1.finalcolor:mycolor :这个是另一种可选参数，就是用户自定义的颜色处理函数。函数名为mycolor.
2.mycolor函数：注意到函数除了有surf的两个参数外，还多了个颜色参数，这个颜色参数就是当前模型上颜色对象，对他的更改将直接影响全部来自于lightmap,light probe和一些相关资源的颜色值。
效果：

这个很高难度，里面还有些之前没用到过的函数，以下是我的理解：
第一处（//1）:mul是矩阵相乘的函数。UNITY_MATRIX_MVP是model、view、projection三个矩阵相乘出来的4x4的矩阵。v.vertex是一个float4的变量，可理解成4x1的矩阵，两者相乘，则得出一个float4，这个值就是视角窗口的坐标值，这个坐标就跟camera的关联了。
第二处（//2）:这个fog的浮点值就是其强度，范围一般在-1到1之间，说一般，只是我个人建议的值，设成其他也行，只是没多大意义。越负就越黑。再看后面这个点积，这个仔细一想，不难理解，其实就是为了达到一种扩散的效果，因此两个一样的向量相乘，其实就是直接对坐标做平方扩展，这样fog就更有雾的感觉。

13.Linear Fog

Shader "Example/Linear Fog"{ Properties { _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {} } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" } LOD 200 //1 CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert finalcolor:mycolor vertex:myvert sampler2D _MainTex; uniform half4 unity_FogColor; //2 uniform half4 unity_FogStart; uniform half4 unity_FogEnd; struct Input { float2 uv_MainTex; half fog; }; void myvert (inout appdata_full v, out Input data) { UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input,data); float pos = length(mul (UNITY_MATRIX_MV, v.vertex).xyz); //3 float diff = unity_FogEnd.x - unity_FogStart.x; //4 float invDiff = 1.0f / diff; //5 data.fog = clamp ((unity_FogEnd.x - pos) * invDiff, 0.0, 1.0); //6 } void mycolor (Input IN, SurfaceOutput o, inout fixed4 color) { fixed3 fogColor = unity_FogColor.rgb; #ifdef UNITY_PASS_FORWARDADD fogColor = 0; #endif color.rgb = lerp (fogColor, color.rgb, IN.fog); } void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex); o.Albedo = c.rgb; o.Alpha = c.a; } ENDCG } FallBack "Diffuse"}

这个官方只贴出了代码，无任何解释。网上也未曾看到有人解答，在此为大家分析下。其实这个与上面那个例子相比之下，采用的fog的源头变了，这里是获取rendersettings里的fog来设置Fog的颜色、强度与起点终点等。以下进行解析：
第一处（//1）:LOD 200，200是个代号，设成此的目的就是限制shader级别只到200为止，高过200的不采用，即使显卡支持，也不会使用高过200的shader级别的渲染方式。官方的解释：http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/SL-ShaderLOD.html
第二处（//2）:此处标记uniform的意图就是让Cg可以使用此变量。因此这三个uniform变量均来自于RenderSetting中。你可以预先设置好三个值。
第三处（//3）:length函数用于取一个向量的长度，如果是float3则采取如下形式：

float length(float3 v){ return sqrt(dot(v,v));}

就是点积取平方根。第四处（//4）:计算fog起终点间的反差。
第五处（//5）:将4中算得的diff置反过来。
第六处（//6）:则将算出来的离视角的距离与0到1之间进行比对，小于0则为0，大于1则为1，范围之内就是其原值，总的来说，利用clamp函数防止其出界。
分析下原理：咱们先将rendersetting里的颜色设成红色，fog start 设成0， fog end设成50。这时算出的diff = 50, invdiff = 1/50。将原fog的计算稍做简化，得出如下结果：
fog = clamp((1 - pos/50) , 0 , 1)；这个式子很是明了，pos是距离，即距离越远，clamp里值越小，根据后面这句：
color.rgb = lerp (fogColor, color.rgb, IN.fog);

我们就可以判断出其越靠近fogColor,雾气就会越重。
最后上个效果图：这里选的是Linear的fog。

文中要有不对的地方，欢迎大家留言指正，其实与爱好Unity的人互相学习讨论！
下文将为大家送上对于官网的surface shader的其他方面的学习手记。敬请期待。。积极更新中。。

本文系原创，全部解析内容来自自我学习的记录，请在转载时注明出处，谢谢#