Unity Shader 基础

Unity Shader的一些基础知识

Chapter3 Unity Shader 基础

概述

在Unity需要材质(Material)与Unity Shader配合使用来达到满意的效果。

  1. Unity Shader定义了渲染需要的各种代码(顶点着色器与片元着色器等),属性(使用哪些纹理)和指令(渲染和标签设置),我们通过材质调节这些属性,再赋给相应的模型。
  2. 材质:配合GameObject的Mesh或者Particle Systems组件来工作。
  3. Unity Shader:
    1. Standard Surface Shader:使用了一个包含了标准光照模型的表面着色器模板
    2. Unlit Shader: 一个不包含光照但是包含雾效的基本顶点/片元着色器
    3. Image Effect Shader: 为实现屏幕后处理提供基本模板
    4. Compute Shader: 借助GPU的并行性来进行一些与渲染流水线无关的计算

ShaderLab

一款专门为Unity Shader服务的语言。

Properties 属性
  1. 语句格式:Name("display name",PropertyType)=DefaultValue
  2. 支持的属性类型:
    属性类型 定义语法
    Int number
    Float number
    Range(min,max) number
    Color (number,number,number,number)
    Vector (number,number,number,number)
    2D “defaulttexture”{}
    Cube “defaulttexture”{}
    3D “defaulttexture”{}

Unity允许重载默认的材质编辑面板以提供更多的自定义数据类型。 关键词“Custom Shader GUI”
Properties语义块的作用仅仅是为了让这些属性可以出现在材质面板里。

SubShader:表面着色器
  1. 语句格式

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    SubShader{
    //可选的,标签
    [Tags]

    //可选的,状态
    [RenderSetup]

    //一次完整的渲染流程,如果pass的数目过多,会造成渲染性能的下降。
    Pass{
    }
    ...
    }
  2. RenderSetup 状态:关于渲染状态的设置指令

    状态名称 设置指令 解释
    Cull Cull Back/Front/Off 剔除模式:剔除背面/正面/关闭剔除
    ZTest ZTest Less Greater/LEqual/GEqual/Equal/NotEqual/Always 设置深度剔除时使用的函数
    ZWrite ZWrite On/Off 关闭/开启深度写入
    Blend Blend SrcFactor DstFactor 开启并设置混合模式
  3. Tags 标签:希望怎样以及何时渲染这个对象Tags{"TagName1"="Value1" "TagName2"="Value2"}

    标签类型 说明
    Queue 控制渲染顺序,指定该物体属于哪一个渲染队列
    RenderType 对着色器进行分类,可以用于着色器替换功能
    DisableBatching 指明是否对该SubShader使用批处理
    ForceNoShadowCasting 控制使用该SubShader的物体是否会投射阴影
    IgnoreProjector 控制使用该SubShader的物体是否受projector(投影仪?)的影响
    CanUseSpriteAtlas 当该SubShader是用于sprite时,将该标签设为“false”
    PreviewType 指明材质面板将如何预览该材质。默认材质下,材质将显示为一个球形,我们可以通过将该标签的值设为“Plane”“SkyBox”来改变预览类型
    上述标签可以在SubShader中声明,而不可以在Pass块中声明,Pass块有专属于自己的标签。
  4. Pass语义块:

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    Pass{
    [Name]
    [Tag]
    [RenderSetup]
    // Other code
    }
    1. Name “MyPassName”:定义该Pass的名称,可以使用UsePass命令来直接使用其他unity shader中的Pass,例如:UsePass "MyShader/MYPASSNAME",由于Unity 内部会将所有Pass 名称转换为大写字母的表示,所以在使用UsePass的时候必须使用大写形式的名字。

    2. RenderSetup:我们可以对Pass设置渲染状态,除上述状态设置以外,我们还可以使用固定管线的着色器。

    3. Tag:

      标签类型 说明 例子
      LightMode 定义该Pass在Unity渲染流水线中的角色 Tags{“LightMode”=”ForwardBase”}
      RequireOptions 用于制定当满足某些条件的时候才渲染该Pass,它的值是一个由空格分割的字符串,目前支持的选项:SoftVegetation Tags{“RequireOptions”=”SoftVegetation”}
    4. 特殊的Pass:

      • UsePass:使用该指令复用其他UnityShader中的Pass。

      • GrabPass:负责抓取屏幕并将结果存储在一张纹理之中,以用于后续的Pass 处理。

FallBack

如果上面所有的SubShader在这块显卡上都不能运行,那么就用这个最低级的Shader。

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FallBack "name"
// 或者
FallBack Off

通过一个字符串通知引擎最低级的Shader是哪个,也可以关闭Fallback功能——如果上述的SubShader无法使用,那就不要管它了。

其他语义
  • 拓展编辑界面:CustomEditor
  • 对命令进行分组:CateGory

UnityShader的形式

ShaderLab语句块:

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Shader "Myshader"{
Properties{
// 所需的各种属性
}
SubShader{
// 真正意义上的SubShdaer代码会出现在这里
// 表面着色器(Surface Shader)
// 顶点/片元着色器(Vertex/Fragment Shader)
// 固定函数着色器(Fixed Function Shader)
}
SubShader{
// 与上一个Shader类似
}
}
表面着色器

当给Unity提供一个表面着色器的时候,它在背后依旧将其转换为对应的顶点/片元着色器。意义在于Unity为我们处理了很多光照细节,使得我们无需再操心这些事情。

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Shader "Custom/Simple Surface Shader"{
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"
}

表面着色器被定义在SubShader语义块中的CGPROGRAM与ENDCG之间。之间的代码使用Cg/HLSL语言编写,它嵌套在ShaderLab语言中。

顶点/片元着色器

顶点/片元着色器的代码需要定义在CGPROGRAM与ENDCG之间,而着色器是写在Pass语义块内,而非SubShader内,这样做来定义每个Pass需要的Shader代码,灵活性更高,同时控制渲染的实现细节。

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Shader "Custom/Simple VertexFragment Shader"{
SubShader{
Pass{
CGPROGRAM

#pragma vertex vert
#pragma fragment frag

float4 vert(float4 v:POSITION):SV_POSITION{
return mul(UNITY_MATRIX_MVP,v);
}

fixed4 frag():SV_Target{
return fixed4(1.0,0.0,0.0,1.0);
}

ENDCG
}
}
}
固定函数着色器

上面两种UnityShader形式都使用了可编程管线,而对于一些旧的设备不支持可编程管线着色器,此时需要使用固定函数着色器来完成渲染,这些着色器往往只可以完成一些非常简单的效果。

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Shader "Tutorial/Basic"{
Properties{
_Color("Main Color",color)=(1.0,5.0,5.1)
}
SubShader{
Pass{
Material{
Diffuse[_Color]
}
Lighting On
}
}
}
乐乐女神的一些建议:
  • 除非有明确的需求必须要使用固定函数着色器,否则请使用可编程管线的着色器。
  • 如果想和各种光源打交道,你可能更喜欢表面着色器,但需要小心它在移动平台的性能表现。
  • 如果需要使用的光照数目非常少,使用顶点/片元着色器是一个更好的选择。
  • 如果有很多自定义的渲染效果,请选择顶点/片元着色器。