Unity 渲染器基础教程与全面总结

时间：11-16 神话故事提交错误

书籍：

《Unity Shaders and Effects Cookbooks》作者读的第一本书

《GPU 编程与CG 语言之阳春白雪下里巴人》可以帮助您了解硬件。这本书的作者写得非常好。

《Real-Time Rendering.3rd》经典，但不适合初学者

《Unity shader入门精要》一个女生写的书，适合大多数想学习unity Shader的初学者

《untiy3d ShaderLab实战详解》适用于入门级unity着色器

《3D数学基础：图形与游戏开发》如果你真的想学好shader，你必须学好数学。我认为这是一本比较系统、全面、适合入门的数学书。

《GPU编程精粹》系列高手可以尝试这个，但不适合初学者学习。

《Unity5.X从入门到精通》着色器章我相信官方水平

我暂时推荐这些书，但实际上还有更多。有需要的话可以互相交流。

博客和教材：

Stormy 着色器教程系列

Unity着色器官方手册

Unity 中的Cg 编程

CgCookie Shader初级视频教程

CgCookie Shader 中级视频教程

《unity shader入门精要》作者博客

国外教学视频

这些是目前的学习材料。如果大家有更好的，欢迎补充。

逆天利器：

着色器锻造

用于编写着色器的可视化编辑器大大降低了编写着色器的难度。也方便开发者了解shader，大大提高开发效率，适合初学者（一般高手鄙视这个工具，都是高手手写）

Shader Forge插件百度网盘

Shader Forge 教学视频百度网盘

vs2013自动代码补全、语法高亮插件

相信大多数开发者都已经习惯了VS，但是VS不支持shader代码高亮和自动补全。这是无法容忍的。庆幸的是，作者在github上混了很多年，也有很多奇怪的人、奇怪的事，所以就找到了这个插件。

VS Code 高亮自动完成插件

shader基础

概念：Shader（着色器）实际上是一个小程序，负责将输入的Mesh（网格）与输入的纹理或颜色按照指定的方式组合起来，然后输出。绘图单元可以根据该输出将图像绘制到屏幕上。输入的纹理或者颜色等，加上对应的Shader，以及Shader的具体参数设置一起打包存储，结果就是一个Material。之后，我们就可以将材质分配给合适的渲染器进行渲染（输出）。

Shader只是一个指定输入（颜色、纹理等）和输出（渲染器可以理解的点和颜色之间的对应关系）的程序。 Shader开发者要做的就是根据输入进行计算和变换并生成输出。

如图所示：

可以用一句话来概括：

1.GameObject中有MeshRenderer。

2、MeshRenderer中有一个Material列表。

3、每种Material中只有一个Shader；

4.Material在编辑器中公开Shader的可调整属性。

所以，关键是shader怎么写。

unity自建shader使用说明：

Standard Surface Shader会生成一个包含标准护理模型的表面着色器模板（使用Unity5中新添加的基于物理的渲染方法）（为我们提供了典型的表面着色器实现方法）

Unity 着色器将生成一个基本的顶点/片段着色器，没有光照（但有雾）

图像效果着色器为我们实现各种屏幕后处理效果提供了基础模板。

计算着色器将生成一个特殊的着色器文件。这类着色器的目的是利用GPU的并行性来执行一些与常规渲染管线无关的计算。

Unity Shader文件操作说明：

显示生成的代码对于表面着色器，我们通过单击“显示生成的代码”按钮打开一个新文件，该文件将显示Unity 在幕后为表面着色器生成的顶点/片段着色器。

编译并显示代码下拉列表允许开发人员检查最终编译成Unity 着色器所针对的不同图像编程接口（例如opebgl、d3d9、d3d11 等）的着色器代码。我们可以使用这些代码来分析和优化着色器。

Unity内置shader文件分析：

CGincludes 文件夹包含所有内置包含文件

DefaultResources 文件夹包含某些内置组件或功能所需的统一着色器，例如某些GUI 元素使用的着色器。

DefaultResourcesExtra 包含统一的所有内置着色器

Editor文件夹目前只包含一个脚本文件，用于定义unity5中引入的标准着色器使用的材质面板。

（可以从官网下载内置文件：https://unity3d.com/cn/get-unity/download/archive）

Unity Shader的结构

在Unity中，当我们编写着色器时，我们使用ShaderLab。 ShaderLab 是Unity 提供的一种声明性语言，用于编写Unity 着色器。

基本结构如下：

简单来说，可以概括为下图：

着色器名称：

每个Unity Shader文件的第一行都需要通过Shader语义来定义Shader的名称。

着色器属性：

Properties语义块包含一系列属性，这些属性将显示在材质面板中。

属性的语义块通常采用以下形式：

其中，_Color代表属性的名称，‘Main Color’代表材质面板上出现的名称。颜色是为属性定义的类型。默认值代表我们为属性设置的默认值。当我们第一次将Unity Shader分配给材质时，它的默认值会显示在材质面板上。

上述类型可分为以下几类：

数值类型：默认值为data，如Int.Float.Range

四维向量：它们的默认值是用括号包围的四维向量，例如Color.Vector

纹理类型：它们的默认值由一个字符串后跟一个大括号指定，其中该字符串可以为空，也可以为内置纹理的名称，例如“black”、“white”等。大括号的使用最初用于指定一些纹理属性，但这些选项在Unity 5.0之后的版本中被删除。

具体代码如下：

Properties 语义块的目的只是允许这些属性出现在材质面板中：

子着色器

1.设置渲染状态：

ShaderLab提供了一系列渲染状态设置指令。这些指令可以设置显卡的各种状态，例如开启混合/深度测试。具体选项如下。

2. 标签：

SubShader的标签是一个键值对，它的键和值都是字符串类型。这些键值对是SubShader和渲染引擎之间的沟通桥梁。标签的结构如下：

标签{ " TagName1 "=" Value1 " " TagName2 "=" Value2 "}

标签声明只能在SubShader 场景中声明，不能在Pass 块中声明。虽然也可以在Pass中定义标签，但这些标签与SubShader中的标签不同。具体内容请参考官方文档：https://docs.unity3d.com/Manual/SL-SubShaderTags.html

3.传递语义块：

【名称】：首先我们可以在Pass中定义Pass的名称。

[Tags]：Pass语义块的标签与SubShader的标签不同。以下是Pass 语义块中的标签类型：

4.后备：

该指令用于当其他SubShaders无法操作时，使用Fallback值中的Shader。

Unity Shader的形状：

固定管道

固定管道是为了与旧显卡兼容。它们都是顶点照明。未来，固定管线可能会成为Unity废弃的功能，所以最好不要学习它，当它不存在一样。

顶点/片段着色器

上图是可编程着色器的编程格式。它既复杂又高度灵活。它一直是编写着色器的最喜欢的方式。具体使用方法和参数请参考官方文档：https://docs.unity3d.com/Manual/SL-SubShaderTags.html

表面着色器

表面着色器是顶点/片段着色器之上的抽象包。目的是模拟人类的思维方式，大大降低开发人员的开发难度，使编写的程序易于理解和交流。代码量大大减少。但缺点是程序灵活性低、可扩展性低、性能消耗较高。

具体内容请参考官方文档：https://docs.unity3d.com/Manual/SL-SubShaderTags.html

选择Unity Shader的建议

1. 除非设备不支持可编程管线着色器，否则请考虑使用固定功能着色器。否则，请使用可编程管道着色器。

2. 如果要播放各种光源的资源，可以使用表面着色器，但要注意其在移动端的表现。

3.如果需要使用的灯光数量很少，那么顶点/片段着色器是更好的选择。

4. 如果有很多自定义渲染效果，请选择顶点/片段着色器。

总结

Shader是一门博大精深的学科，因为它涉及到很多计算机图形学相关的内容，仅仅靠一两篇博客是无法解释清楚和理解的。读者如果想要深入学习着色器编程，就必须花费大量的时间来打下基本功。学习不是一朝一夕就能完成的。而且，在学习的过程中，你不仅要知道“怎么用”，更重要的是“为什么要这样用”，通过问题的表象多思考问题的本质，这样才能继续朝着成为一个伟大的人的方向前进！