【Unity Shader】1.Unity的基本Shader框架學習(顏色，光照，材質)

原創 长不大的小悟空 2018-09-03 16:17 
   首先說明，博主是一位Shader的初學者，在大學裏也是菜鳥一枚，只是對遊戲有着熱情纔開始學習Shader，若有寫的不好地方，望各位見諒。。。哈哈哈，廢話不多說，開始正題。O(∩_∩)O

效果展示

這裏寫圖片描述

一、基本概念瞭解

     1.學過計算機圖形學的同學都知道，計算機圖形學中的渲染管線一共有兩種：

1)固定功能渲染管線
2)可編程渲染管線

ps：渲染管線就是計算機繪製圖形的過程：
   局部座標系->世界座標系->觀察座標系->背面消除->光照->裁剪->投影->計算視口->光柵化
  無論是固定渲染管線還是可編程管線，大致都需要經過這九個步驟

那麼什麼叫固定功能渲染管線和可編程渲染管線呢？

   可編程渲染管線，從名字上就可以看出來了，可編程，所謂的可編程就是自己可以控制了嘛，就像API函數封裝前的樣子，可以自己隨意修改達到自己想要的效果
   這是博主自己的理解，若有說的不好地方，希望大家指出。。。

   Shader，即着色器，着色器分爲頂點着色器和像素着色器。
    頂點着色器是在進行座標變換和光照計算時工作
    像素着色器是在光柵化環節工作

    人們對着色器進行自定義編程時，這個流水線就叫做 **可編程管線**
    當遊戲或應用程序完全使用默認着色器程序時，這個流水線就叫做 **固定管線**

按照這兩個管線來進行分類的話，unity中的shader大致也可分爲三類：

1.固定功能着色器

2.表面着色器

3.頂點着色器&片段着色器

顧名思義

固定功能着色器便是我們所說的固定功能渲染管線的具體表現
表面着色器、頂點着色器以及片段着色器便屬於可編程渲染管線。

   表面着色器這個概念更多的只是在Unity中聽說，可以說是Unity自己發揚光大的一項使Shader的書寫門檻降低和更易用的技術。

   頂點着色器和片段着色器，應該很多學過DirectX和OpenGL的同學都不陌生：

   頂點着色器：產生紋理座標，顏色，點大小，霧座標，然後把它們傳遞給裁剪階段。
   片段着色器：進行紋理查找，決定什麼時候執行紋理查找，是否進行紋理查找，及把什麼作爲紋理座標

那麼，在unity中如何區分這三類Shader呢？

  • 沒有嵌套CG語言，也就是代碼段中沒有CGPROGARAM和ENDCG關鍵字的，就是固定功能着色器。

  • 嵌套了CG語言，代碼段中有surf函數的，就是表面着色器。

  • 嵌套了CG語言，代碼段中有#pragma vertex name和 #pragma fragment frag聲明的，就是頂點着色器&片段着色器。

二、Unity中Shader和Material的關係

   Shader實際上就是一小段程序，它負責將輸入的Mesh以指定的方式和輸入的貼圖或者顏色等組合作用，然後輸出。繪圖單元可以依據這個輸出來將圖像繪製到屏幕上。輸入的貼圖或者顏色等，加上對應的Shader，以及對Shader的特定的參數設置，將這些內容（Shader及輸入參數）打包存儲在一起，得到的一個就是Material。
   之後，我們便可以將材質賦予給合適的render來渲染輸出了。。。所以說，Shader就是規定好輸入和輸出的程序。而shader的開發者就是要做根據輸入，進行計算變換，產生輸出而已。

三、Unity中基本Shader框架學習

先來看一段代碼：

Shader "Custom/Lighting_Material" {

Properties
       {
          _MainColor("主顏色",Color) = (1,.1,.5,1)
       }
    SubShader
    {

      Pass
      {
         Material
         {
            Diffuse[_MainColor]
            Ambient[_MainColor]
         }
         Lighting On
      }
    }

   //備胎設爲Unity自帶的普通漫反射  
       Fallback" Diffuse "  
}

大致的框架爲:

1.着色器通過properties來可選的定義一個可通過材質設定界面來自定義的列表。具體到上述代碼中寫的Properties，就是定義了一個基本屬性，參數名叫做_MainColor，在編輯器中顯示的名稱叫做“主顏色”
2.後面緊跟着核心部分子着色器SubShader，裏面的一個Pass裏面設置了顏色爲我們屬性中定義的那個_ MainColor
3.添加一句Fallback代碼用於應對我們Shader中的SubShader不能正確運行的情況,類似我們switch裏面最後的default，當所有的通道都不能滿足時就執行這個

四、Properties屬性 相關寫法列舉

Properties { Property [Property ...] }

定義屬性塊，其中可包含多個屬性，其定義如下：

name (“display name”, Range (min, max)) =number
定義浮點數屬性，在檢視器中可通過一個標註最大最小值的滑條來修改。

name (“display name”, Color) =(number,number,number,number) 定義顏色屬性

name (“display name”, 2D) = “name” {options }
定義2D紋理屬性

此處博主只列舉部分，需要其他功能的請自行查閱

示例：

Shader "Custom/Lighting_Material_Beat" {
    Properties
    {
       _MainColor("主顏色",Color) = (1,1,1,0)
       _SpecColor("反射高光",Color) = (1,1,1,0)
       _Emission("自發光",Color) = (0,0,0,0)
       _Shininess("光澤度",Range(0.1,2)) = 0.7
       _MainTex("主紋理",2D) = "white"{}
    }
}

五、用於通道Pass中的代碼寫法列舉

這些代碼一般是寫在Pass{ }中的：

Color Color
設定對象的純色。顏色即可以是括號中的四值（RGBA），也可以是被方框包圍的顏色屬性名。

Material { Material Block }
材質塊被用於定義對象的材質屬性。

Lighting On | Off
開啓光照，也就是定義材質塊中的設定是否有效。想要有效的話必須使用Lighting On命令開啓光照，而顏色則通過Color命令直接給出。

SeparateSpecular On | Off
開啓獨立鏡面反射。這個命令會添加高光光照到着色器通道的末尾，因此貼圖對高光沒有影響。只在光照開啓時有效。

ColorMaterial AmbientAndDiffuse | Emission
使用每頂點的顏色替代材質中的顏色集。AmbientAndDiffuse 替代材質的陰影光和漫反射值;Emission 替代材質中的光發射值。

示例：

Pass
       {
         Material
         {
           Diffuse[_MainColor]
           Ambient[_MainColor]
           //光澤度
           Shininess[_Shininess]
           //反射高光
           Specular[_SpecColor]
           //自發光
           Emission[_Emission]
         }
         //開啓光照
         Lighting On
         //開啓鏡面反射
         SeparateSpecular On
       }

[]中的定義詳見前面屬性Properties中的定義

六、材質塊Material Block 中相關寫法列舉

Diffuse Color(R,G,B,A)
漫反射顏色構成。這是對象的基本顏色。
Ambient Color(R,G,B,A)
環境色顏色構成.這是當對象被RenderSettings.中設定的環境色所照射時對象所表現的顏色。
`Specular Color(R,G,B,A) 
對象反射高光的顏色。(R,G,B,A)四個分量分別代表紅綠藍和Alpha，取值爲0到1之間。`
Shininess Number
加亮時的光澤度，在0和1之間。0的時候你會發現更大的高亮也看起來像漫反射光照，1的時候你會獲得一個細微的亮斑。
Emission Color 
自發光顏色，也就是當不被任何光照所照到時，對象的顏色。(R,G,B,A)四個分量分別代表紅綠藍和Alpha，取值爲0到1之間。

示例：

Material
         {
           Diffuse[_MainColor]
           Ambient[_MainColor]
           //光澤度
           Shininess[_Shininess]
           //反射高光
           Specular[_SpecColor]
           //自發光
           Emission[_Emission]
         }

[]中參數的定義詳見前面Properties中的定義，屬性中的定義

七、Shader實戰

1.純色的shader

1)首先，我們打開Unity創建工程，創建幾個文件夾分別是Material，Shader，Texture 這就不需要多說了吧
2)在Shader文件夾上點擊右鍵Create->Shader->Standard Surface Shader，取名。。。
這裏寫圖片描述
3)打開所創建的shader文件，刪除原本的代碼，輸入以下代碼

Shader "Custom/SingleColor" {
    //---------------------------------【子着色器】----------------------------------  
    SubShader  
    {  
        //----------------通道---------------  
        Pass  
        {  
            //設爲藍色單色  
            Color(0,0,0.5,0)  
        }  
    }  

    //FallBack "Diffuse"
}

4)保存shader文件，返回unity中，在Material上點擊右鍵創建材質，將Shader文件拖到材質文件上
這就是我們剛剛寫的Shader的效果

5)然後在場景中創建一個Cube，將材質賦予此Cube
這就是我們寫的shader的效果

是不是很激動呢，嘿嘿，畢竟這是自己寫的第一個shader

2.光照&材質shader
一樣的方法，在這裏，博主就不多說啦。。。

Shader "Custom/Lighting_Material" {

Properties
       {
          _MainColor("主顏色",Color) = (1,.1,.5,1)
       }
    SubShader
    {

      Pass
      {
         Material
         {
            Diffuse[_MainColor]
            Ambient[_MainColor]
         }
         Lighting On
      }
    }
}

效果:
這裏寫圖片描述
這裏寫圖片描述

3.光照&材質&貼圖

Shader "Custom/Lighting_Material_Beat" {
    Properties
    {
       _MainColor("主顏色",Color) = (1,1,1,0)
       _SpecColor("反射高光",Color) = (1,1,1,0)
       _Emission("自發光",Color) = (0,0,0,0)
       _Shininess("光澤度",Range(0.1,2)) = 0.7
       _MainTex("主紋理",2D) = "white"{}
    }

    SubShader
    {
       Pass
       {
         Material
         {
           Diffuse[_MainColor]
           Ambient[_MainColor]
           //光澤度
           Shininess[_Shininess]
           //反射高光
           Specular[_SpecColor]
           //自發光
           Emission[_Emission]
         }
         //開啓光照
         Lighting On
         //開啓鏡面反射
         SeparateSpecular On

         SetTexture[_MainTex]
         {
           Combine texture * primary DOUBLE ,texture * primary
         }
       }
    }
}

在貼圖屬性中，shader賦予給材質以後，材質可選擇什麼紋理

這裏寫圖片描述

這裏寫圖片描述

大家是不是都做完了呢。。。。。。好啦，今天就寫到這裏，謝謝大家的關注，時間不早了，寫了一下午，吃飯去咯，希望能幫到大家，同時也是對我自己的一種鞭策吧，加油，騷年

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