Unity Shader入門教程（一）

Unity Shader是着色器，將紋理、網格信息輸入，得到材質的一段程序，具體是個什麼東西，還需要親自實踐才知道。一個Unity大神推薦我：如果要學計算機圖形編程（遊戲編程的基礎），可以先學習UnityShader，往後再學習OpenGL和DX。不說廢話，依我的風格，都是直接看實例，筆者的教程偏向於傻瓜式的，應該適合入門。

 

前提：安裝了Unity和VS，並且有3天的Unity使用經驗。

 

第一步：打開新工程。在內容瀏覽器中創建一個Shader。

命名爲：

第二步：雙擊打開查看：

Shader "Custom/Shad0" {
    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
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200
        
        CGPROGRAM
        // Physically based Standard lighting model, and enable shadows on all light types
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows

        // Use shader model 3.0 target, to get nicer looking lighting
        #pragma target 3.0

        sampler2D _MainTex;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        half _Glossiness;
        half _Metallic;
        fixed4 _Color;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            // Albedo comes from a texture tinted by color
            fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
            o.Albedo = c.rgb;
            // Metallic and smoothness come from slider variables
            o.Metallic = _Metallic;
            o.Smoothness = _Glossiness;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

當然，你一開始看不懂，請逐行逐行看我的解釋，下文中的代碼和上文中的一樣，只是加入了詳細的註釋：

/*首行聲明瞭一個Shader，命名爲Shad0，存放在路徑Custom下（這個路徑在哪裏不是重點，它歸類在自定義中），看上去是不是挺像結構體的聲明*/
Shader "Custom/Shad0" {

    /*
    在將第一塊內容之前，請先去了解一下UV紋理。簡單來說：A是一張圖片（稱A爲紋理），B是一張座標信息（稱B爲UV），用B來取A就是紋理貼圖的精髓了，舉個簡單的例子：
    A的色彩如下：
    紅 黃
    藍 綠

    B的座標信息如下：
    （0,0） （1,1）
    （1,1） （0,1）

    那麼取出來得到的紋理貼圖就是：
    紅 綠
    綠 黃

    這樣子，是不是很無聊？當這上面的點數達到很大的量級時，就很有意義了。
    沒完，你還需要了解鏡面高光和金屬度的概念，自行百度（或者先跳過這個知識點繼續往下看）。
    */

    /*第一塊：屬性聲明*/
    Properties {

        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
        /*用_XX的聲明方法來聲明的變量就是稱爲屬性了，這一句的語法是：
        _XXX (展示名， 數據類型) = 默認值

        展示名是在Unity中可見的名稱，Color其實是一種數據類型（就像int那樣，只是後者很簡單，是基本數據類型）。
        數據類型有哪些（參考上述博文）：
        Color - 一種顏色，由RGBA（紅綠藍和透明度）四個量來定義；
        2D - 一張2的階數大小（256，512之類）的貼圖。這張貼圖將在採樣後被轉爲對應基於模型UV的每個像素的顏色，最終被顯示出來；
        Rect - 一個非2階數大小的貼圖；
        Cube - 即Cube map texture（立方體紋理），簡單說就是6張有聯繫的2D貼圖的組合，主要用來做反射效果（比如天空盒和動態反射），也會被轉換爲對應點的採樣；
        Range(min, max) - 一個介於最小值和最大值之間的浮點數，一般用來當作調整Shader某些特性的參數（比如透明度渲染的截止值可以是從0至1的值等）；
        Float - 任意一個浮點數；
        Vector - 一個四維數；

        請看默認值（1,1,1,1），形如（g,b,a,A），其中的透明度A爲0時，表示透明，爲1時，表示完全不透明，所以應該稱之爲不透明度。
        */
        
        
        _MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
        /*這裏表示一張圖片，這張圖片在這裏僅僅用空白來表示*/
    
        _Glossiness ("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
        /*高光設置爲.5*/

        _Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0
        /*金屬度*/
    }


    /*第二塊內容：什麼是SubShader，如果你用過虛幻4，就能夠很容易理解，其實SubShader對應了UE4中的材質表達式。
    UE4中的材質表達式或者Unity中的shader本質是什麼？簡單來說就是將圖片通過處理得到另一張圖片（比如用圖片+UV信息 -> 紋理貼圖的過程）。
    SubShader其實就是定義了圖片處理過程。
    */
    SubShader {
        
        /*Tags規定了混合模型。什麼是混合模型？請看下面的附圖1，當然，混合模型是UE4中的概念。

附圖1：

        這裏貼一段相比Unity更爲正確的解釋：
        Background - 最早被調用的渲染，用來渲染天空盒或者背景
        Geometry - 這是默認值，用來渲染非透明物體（普通情況下，場景中的絕大多數物體應該是非透明的）
        AlphaTest - 用來渲染經過Alpha Test的像素，單獨爲AlphaTest設定一個Queue是出於對效率的考慮
        Transparent - 以從後往前的順序渲染透明物體
        Overlay - 用來渲染疊加的效果，是渲染的最後階段（比如鏡頭光暈等特效）

        */
        Tags { "RenderType"="Opaque" }


        /*LOD表示細節呈現級別（也即是畫質，即粗糙/細膩程度）
        當機器很差的時候，差到其評估值小於200時，本材質無效（也就是本shader罷工）。當機器的性能不錯，大於200時，本shader繼續工作。就是這麼有個性。
        彆氣餒，下面的內容是最重要的。
        */
        LOD 200
        

        /*這是一個標記：CGPROGRAM，表示這是一段computer graph編程*/
        CGPROGRAM
        // Physically based Standard lighting model, and enable shadows on all light types
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows
            /*請看這個奇怪的函數聲明：
            #pragma surface表面着色器 surffunction着色器的代碼（在本例子中就是下面的surf） lightModel（光照模型，這個概念先跳過） [可選參數]
            */


        // Use shader model 3.0 target, to get nicer looking lighting
        #pragma target 3.0


            /*
            用筆者的話來說：sampler2D就是一張圖片……（還記得嗎，就是上文說的A圖片）

            貼一段介紹：
            
            接下來一句sampler2D _MainTex;，sampler2D是個啥？
            其實在CG中，sampler2D就是和texture所綁定的一個數據容器接口。
            等等..這個說法還是太複雜了，簡單理解的話，所謂加載以後的texture（貼圖）說白了不過是一塊內存存儲的，
            使用了RGB（也許還有A）通道，且每個通道8bits的數據。而具體地想知道像素與座標的對應關係，以及獲取這些數據，
            我們總不能一次一次去自己計算內存地址或者偏移，因此可以通過sampler2D來對貼圖進行操作。
            更簡單地理解，sampler2D就是GLSL中的2D貼圖的類型，相應的，
            還有sampler1D，sampler3D，samplerCube等等格式。

            解釋通了sampler2D是什麼之後，
            還需要解釋下爲什麼在這裏需要一句對_MainTex的聲明，
            之前我們不是已經在Properties裏聲明過它是貼圖了麼。
            答案是我們用來實例的這個shader其實是由兩個相對獨立的塊組成的，
            外層的屬性聲明，回滾等等是Unity可以直接使用和編譯的ShaderLab；
            而現在我們是在CGPROGRAM...ENDCG這樣一個代碼塊中，這是一段CG程序。
            對於這段CG程序，要想訪問在Properties中所定義的變量的話，必須使用和之前變量相同的名字進行聲明！【注意這裏！！！】
            於是其實sampler2D _MainTex;做的事情就是再次聲明並鏈接了_MainTex，
            使得接下來的CG程序能夠使用這個變量。*/
        sampler2D _MainTex;


        /*這是一個非常簡單的結構體，稱爲Input，其中有一個float2數據類型，這是一個二維float矢量，也就是（a,b）這樣的。*/
        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        /*在堅持一下，這裏還有幾個變量：half類型的兩個，fixed4類型的一個，
        half類型表示半精度浮點數，計算性能好但是精度低，和float和double是同類型的浮點數；
        fixed4不詳，但是大意是四維的矢量*/
        
        half _Glossiness;//必須使用和之前變量相同的名字進行聲明！【注意這裏！！！】

        half _Metallic;//必須使用和之前變量相同的名字進行聲明！【注意這裏！！！】
        
        fixed4 _Color;//必須使用和之前變量相同的名字進行聲明！【注意這裏！！！】

        /*核心的處理函數：surf，輸入一張二維浮點信息，也即是上面的uv_MainTex，
        輸出一個o表示材質（inout像c++裏面的按照引入傳入，雖說沒有返回，但是也有信息傳出的效果）*/
        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            // Albedo comes from a texture tinted by color
            fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
            /*看這裏：tex2D就是前面說的"利用UV去取圖片獲得紋理貼圖"的做法，然後再乘以_Color，
            
            這裏用到了乘法的顏色算法，自己體會（這個_Color默認值爲1，1，1，1，所以默認下不影響）
            筆者到這裏可以知道：fixed4表示一種四維矢量（用來表示顏色就挺合適的。此外，它是定點型小數而非浮點型小數）
            */


            o.Albedo = c.rgb;
            /* inout SurfaceOutputStandard o
            這個結構有哪些包含的變量呢：
            struct SurfaceOutput {
                half3 Albedo;     //像素的顏色
                half3 Normal;     //像素的法向值
                half3 Emission;   //像素的發散顏色
                half Specular;    //像素的鏡面高光
                half Gloss;       //像素的發光強度
                half Alpha;       //像素的透明度
            };
            */

            // Metallic and smoothness come from slider variables
            o.Metallic = _Metallic;
            o.Smoothness = _Glossiness;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
            /*結束CG編碼*/
    }
    FallBack "Diffuse"
        //這裏還不太明白，先放着。
}

第三步：看完之後再重新看看沒有註釋的代碼，整理十分鐘，然後繼續。

第四步：那篇參考的教程到這裏就完了，我補上結尾：

導入一張圖片:

第五步：創建材質Material，

在細節裏面選擇shader：

是不是很懵逼，爲什麼要這麼做？還記得嗎，shader的本質是將圖片轉化爲Material的算法。

 

第六步：選擇一張圖片：

 

 

然後在右下方看到效果：（點箭頭處切換預覽樣式）

第七步：隨便新建一些物體，然後放入這個材質：

等等：好像沒有反應？因爲沒有光線，加入直射光即可看到效果：

——原創 小江村兒的文傑 [email protected] 2017年7月21日22:29:44

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