unity之shader學習筆記(一)

開始學習unity也有一個多月了，之前就想把學習的東西總結一下，記錄下來方便自己以後查閱，可是工作太忙總是忘記了這個事情，最近 終於有時間了，打算把每天學的東西記錄下來。寫這個文章的原因有兩點:1.很多想法都是在學的時候可能會想到，但是過一段時間又忘記了。2.以前都是翻看別人的博文，然後突然找不到別人的部落格了，然後有些內容重新找起來感覺很麻煩，那就乾脆把自己的想法記錄下來，方便自己以後查閱。

shader是unity裡面比較重要的一個東西，將shader和紋理(texture)一起輸出打包會得到一個材質(material),將材質賦予給某個對象，某個對象上就能看到我們想要的效果。

建立一個shader檔案，選擇standard surface shader，

雙擊開啟檔案，可以看到裡面的內容：

Shader "Custom/NewSurfaceShader" {
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"
}

檔案中代碼的最外層架構是
Shader“”{}
 其實“”引號內可以輸入任何內容，輸入的內容就是你自訂的shader名字，該名稱和檔案名稱沒有任何關係，名稱可以用/分割，如果使用了/分割，那麼/前面的內容就是檔案的上級目錄，這個可以用來分類管理。
花括弧裡面的內容：分為Properties ，SubShader和FallBack三大塊
Properties{}
 這個模組裡面定義的shader的屬性，所有用到的都是聲明在這個模組裡面，並且聲明的變數可以在Inspector面板裡面看到。Shader的屬性類型以及屬性的定義方式一共有如下幾種:


屬性定義結構
屬性名稱 (屬性面板上顯示的名稱,屬性類型)  預設值
屬性類型

Color 顏色

_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)

Vector 向量(預設四維向量)

_Vector ("Vector", Vector) = (1,1,1,1)

Int 整數類型

_Int("Int",Int) = 2

Float 小數類型

_Float("Float",Float) = 4.5           Range 範圍類型 小括弧內為最大值和最小值，如果輸入超過最大值的數值時，會自動調節至括弧內的最大數值

_Range("Range",Range(1,11)) = 6

2D 圖片類型      ""裡面可以給顏色的值 當2D沒有制定圖片的時候 會顯示""裡面制定的顏色 {}裡面進行制定具體的紋理

_2D("Texture",2D) = ""{}

Cube     立方體紋理 類似於skybox天空盒紋理

_Cube("Cube",Cube) = ""{}

3D 紋理     使用較少

_3D("3DTexture",3D) = ""{}

語義塊SubShader
這個是shader裡面最重要的內容，因為裡面的文法控制就是電腦的gpu如何對物體進行渲染，決定了我們會看到的物體效果。一個shader裡面是有多個SubShader的，shader載入的時候會從上到下進行載入SubShader裡面的內容，先載入第一個SubShader裡面的內容，如果第一個SubShader裡面的效果都可以實現，那麼就使用第一個SubShader ，如果顯卡發現這個SubShader裡面某個效果它實現不了，他會自動去運行下一個SubShader。SubShader裡面定義了一系列的Pass(可以認為是進階語言中的方法函數，一個SubShader至少要包含一個Pass   ps:有一點奇怪的是為啥樣本中的SubShader裡面沒有Pass，但是shader卻沒問題)  ，在Pass裡面編寫具體的渲染細節。
Pass{
//在這裡編寫Shader代碼  也可以用HLSLPROGRAM
CGPROGRAM
ENDCG
}

Pass中可以對Pass進行命名
例如 Name "FirstPass"
進行命名了的Pass可以在別的Shader中使用Use Pass直接引用
例如 UsePass "MyShader/FIRSTPASS"


除了自訂的Pass之外,Unity 還自訂了一些特殊的Pass，方便代碼的複用,例如：
UsePass    前面提到的，用來引用別的shader中的pass
GrabPass   該Pass是負責抓取螢幕結果並儲存為一張紋理，用於後續的Pass處理

[RenderSetup]  狀態設定
通過設定RenderSetup的屬性值我們可以設定顯卡的各種狀態，設定顯卡的渲染狀態，常見的渲染狀態設定選項有:
狀態名       設定指令        
Cull        Back|Font|Off                                       設定剔除模式：剔除背面/正面/關閉
ZTest       Less Greater|LEqual|GEqual|Equal|NotEqual|Always    設定深度值測試時使用的函數
ZWrite      On|Off                                              開啟/關閉深度寫入
Blend       Blend SrcFactor DstFactor                           開啟並設定混合模式


使用的時候直接設定就好  例如  ZWrite On  來開啟深度寫入


[Tags] 標籤
標籤是用來告訴系統我希望如何以及什麼時候來渲染這個對象的，Tags即可以在SubShader裡面使用也可以在Pass中使用，不過兩者的類型並不一樣
SubShader的Tags類型
Queue                                  用來控制該物體屬於哪個渲染隊列，渲染隊列可以自訂，該標籤一般用來控制所有透明物體在不透明物體之後渲染  Tags{"Queue"= "Trans"}
RenderType                        用於對著色器進行分類，例如將著色器分類為透明著色器和不透明著色器。                                                                         Tags{"RenderType"="Opaque"}
DisableBatching                 用於設定是否對該SubShader使用批處理操作                                                                                                                          Tags{"DisableBatching"= "True"}
ForceNoShadowCasting  用於控制該物體是否是否產生投影效果                                                                                                                    Tags{"TagForceNoShadowCasting="True"}
IgnoreProjector                   用於控制物體是否收到Projector的影響，通常是用於半透明物體                                            Tags{"IgnoreProjector"="True"}
CanUseSpriteAtlas            當該標籤是用於sprites時，需要將該標籤設定為FALSE                                                                                                   Tags{"CanUseSpriteAtlas"="False"}
PreviewType                       用於指定材質的預覽形狀，系統預設是圓形，可以更改為"skybox"之類的類型                                  Tags{"PreviewType"="Plane"}


Pass的Tags類型
LightMode             指定該Pass在Unity的渲染流水線中的角色                                                                                                                                     Tags{"LightMode"="ForwardBase"}

RequireOptions        指定一些值，當系統滿足指定的條件時才會渲染該Pass，它的值是一個由空格分隔的字串，目前unity支援的選項有SoftVegetation     Tags{"RequireOptions"="SoftVegetation"}


Tags和RenderSetUp如果在SubShader裡面設定，那麼所有的Pass都會受到影響，如果在Pass裡面設定，那麼只會對當前的Pass產生影響

需要注意的是這兩句CGPROGRAM和ENDCG不能忘記，這兩句語句的意思是裡面的代碼都是使用的CG文法來編寫Shader，編寫Shader的文法一共有三種，一種是OPENGL的開發，使用的GLSL 文法來編寫shader，不過這類更適合手機端的開發，第二種就是DirectX的開發，使用的是HSSL文法來編寫shader，這類的文法只適用於pc端的開發，兩種文法都不能在另一平台上使用。第三種就是英偉達公司 的CG文法進行shader的開發，具有良好的跨平台性。
在SubShader裡面是不能直接使用上面定義好的屬性，在SubShader裡面，我們需要對使用的屬性進行重新定義，將屬性轉換成另一種變數，具體的轉換如下：
使用屬性的時候需要進行重新定義
Color   ==> float4
Vector  ==> float4
Int     ==> float
Float   ==> float
Range   ==> float
2D      ==> sampler2D
Cube    ==> samplerCube
3D      ==> sampler3D

需要注意的是任何使用float類型的屬性都可以用half和fixed替代,如
float  ==> half  ==> fixed
float4 ==> half4 ==> fixed4
區別:
float 使用32位來儲存
half  使用16位來儲存  
fixed 使用11位來儲存  
為了節省記憶體   選擇適當的資料類型
 例如:顏色一般會使用fixed來進行儲存

fixed4 _Color;


FallBack 後備方案 
fallback在shader檔案裡面是緊跟在SubShader後面的，這個語義塊的作用是當前面的SubShader沒有一個是可用的，那麼就執行這個語義塊，這個語義塊裡面一般定義是定義為：
FallBack "Diffuse"  or FallBack Off


FallBack 後面的額字串裡面的內容一般是一個系統定義好的shader，這樣當前面的SubShader都不能使用的時候，就會調用系統的SubShader屬性，但是如果你使用的是FallBack Off ，那麼系統 可以理解為如果上面所有的SubShader都不能使用，那麼就不管他了，不去渲染這個物體了。


有一點需要注意的是，如果FallBack指定了系統shader，如果系統的shader定義了和我們在Properties裡面相同的屬性名稱的屬性，並使用了該屬性，就算是我們能在Inspector面板看到該屬性並調節它，但是並不會對物體的顏色產生影響。


本人是學習unity的新手一枚，如果上述文章中有任何錯誤和不正確的地方，歡迎指出。寫的不好，如果噴，請輕噴。，。