UnityShader·笔记

shaderlab速查手册，趟坑记录以及等等等等٩(◦`꒳´◦)۶

Shader概况

Unity支持三种Shader，surface shader，fragment and vertex shader，以及fixed function shader。

Unity所用的shader语言为Cg/HLSL，相关函数可在Nvida查阅。

Shader代码结构

一个Shader文件大致长下面这样：

Shader "ShaderName"
{
 Properties
 {
  //...
 }
 
 SubShader
 {
  Tags { }

  CGPROGRAM
  // Cg / HLSL code of the shader
  // ...
  ENDCG
 }
}

• SubShader：SubShader中包含的是实际上会被GPU执行的指令。一个shader文件中可以包含多个SubShader，一般是针对不同平台的多个版本的shader代码，U3D会挨个尝试执行它们，直到找到能用的那一个为止。

• Properties：在Properties中声明需要调控的变量，这些变量会先是在U3D的面板上

• Tags:用来告知引擎渲染顺序。不写也行，有默认模式。以下是比较常用的：
  • Queue：决定物体渲染的顺序。比如先渲染透明物体还是先渲染不透明物体。
  • RenderType： 一个分类tag，需要结合方法camera.SetReplacementShader(Shader, "RenderType")使用。用来批量替换同RenderType物体的Shader。比如物体A的RenderType是awsl，B的RenderType是keke，用来替换的shader X中有RenderType是awsl的SubShader，但是没有keke的SubShader，那么这个替换方法执行后，A物体按照shader X渲染，物体B则不被渲染。
• Pass：一个SubShader中可以有多个Pass块，当某个SubShader被执行时，它的所有Pass都会被执行一遍。Pass中会包含一系列有关图形硬件的状态设置，常见的几种如下：
  • Cull：剔除。Back/Front/Off，默认为Back
  • ZWrite：决定pixel是否被写入depth buffer。On/Off
  • ZTest：决定depth绘制顺序。默认为LEqual
  • Blend：透明度混合。控制贴图的alpha混合模式。
  • 注意surface shader不能写在Pass块内，只能直接写在SubShader块中，surface shader会自动被编译为多Pass。

 SubShader
 {
  Tags { }
  Pass {
    CGPROGRAM
    // Cg / HLSL code of the shader
    // ...
    ENDCG
  }
 }

• Fallback：定义在SubShader之后，如果没有一个SubShader能被执行，U3D就会执行Fallback的函数。

Surf vs. Vert/Frag

两者的主要区别在于vert/frag shader没有物理语义，包括albedo，gloss，specular都不会在这个层面呈现。而surface shader的输出结构（SurfaceOutput等）则包含了这些内容。

Surface shader可以指定光照模型，shader中通常会有一个叫surf的函数，在此计算输出颜色，再将其输入光照模型获得最后的结果。所有的Surface shader被编译时都会转化成vert/frag shader，即surface shader是Unity提供的一种简易shader写法。

Vertex/Fragment则没有内置光照模型的概念，更适合用在非现实渲染、2D图形和后期处理上。（当然也可以在里头写光照只是相对不大方便）

Surface Shader

声明surface function，将需要的数据输入shader并进行计算，最终打包以SurfaceOutput格式输出。SurfaceOutput会定义有关表面的各项属性，包括albedo、normal、emission、specularity等。

一个surf shader中必须包含的内容有二：

• surfaceFunction：这个func必须包含一个void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o)。
• lightModel：可以使用built-in或自己写的光照模型。常用的内置模型有Standard、StandardSpecular、Lambert、BlinnPhong。例如#pragma surface surf Lambert声明了该shader是surfshader，光照模型用的是Lambert。

其他常用到但不必须的：

• Custom modifier functions：自定义修饰函数，用来修改输入的顶点数据或最终输出的片段颜色。之前积雪那篇就用到了vert修改(vertex displacement)
• Shadows and Tessellation：给出控制shadow和tessellation的额外指令。Tessellation
• Code generation options：默认情况下surf shader会将所有的光照、阴影等场景信息纳入计算，但某些情况下可能可以跳过其中一些计算，比如不应用shadow、ambient、lightmap、fog等。这样可以加速shader的加载。

在void surf中，输入变量之一的IN是自定义的结构，通常会包含shader所需的变量信息。这个结构的中的变量命名是有要求的。

• 注意：贴图坐标的命名需要以uv_(或者uv2_)开头，后接变量名，比如float2 uv_ModelTex : TEXCOORD0;。一个模型的uv是可以有好几套的，冒号后的TEXCOORDn中的n即意为第n套uv。

Vert/Frag Shader

TBC…

其他趟坑

1. _MainTex_ST

如果要对贴图进行uv计算，则需要同时声明带有_ST后缀的同名贴图变量。

1. TRANSFORM_TEX

TRANSFORM_TEX主要作用是拿顶点的uv去和材质球的tiling和offset作运算， 确保材质球里的缩放和偏移设置是正确的。在Material中的Tiling对应xy，Offset对应zw，以下两种变换是等价的：

o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);
o.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;

添加这个贴图和uv坐标间的变换后，inspector中的相关tiling、offset参数调整才会生效。

1. unity_ColorSpaceDouble

//待续…

1. HideInInspector

如其名，声明变量但不显示在inspector中。程序相关但不希望美术碰的变量都可以这样处理。

1. 关于UV的又一个坑

看插件代码的时候经常碰到拿amplfied shader editor制作的远古shader，代码里经常出现一些奇怪的东西，比如properties声明里经常有类似以下隐藏变量

[HideInInspector] _texcoord2("", 2D) = "white" {}
[HideInInspector] _texcoord("", 2D) = "white" {}

上述这样不明变量。用途是为后续uv_变量计算使用，但并不是直接使用上述的贴图变量，而是图一个同名(shader里的又一同名规则)。

struct Input
{
	float2 uv_texcoord;
	float2 uv2_texcoord2;
};

关于bug