【Unity3D入門教程】Unity着色器基本使用方法

前言

“Shader即着色器，是一款運行在GPU上的程序，用來對三維物體進行着色處理、光與影的計算、紋理顏色的呈現等，從而將遊戲引擎中的一個個作爲抽象的幾何數據存在的模型、場景和特效，以和真實世界類似的光與影的形式呈現於玩家的眼中。”這段話出自郭浩瑜老師所著《Unity3D ShaderLab開發實戰詳解（第2版）》。可見着色器是服務於顯示階段的，因此要想能夠各家隨心所欲地控制顯示效果，必須學習着色器。

本文將會先介紹着色器的基本含義，然後介紹兩種着色器，分別是表面着色器和頂點片段着色器。還有一種固定管線着色器，由於已經基本淘汰，就不再介紹了。

 

1 着色器是什麼

既然我們是入門教程，那我們就不會涉及複雜的渲染理論，而是以最直觀的方式把要說的東西說出來。簡單來講，着色器就是把貼圖加工成材質的工具。首先，我們知道任何一個物體如果要有一些特殊的視覺效果，需要爲其賦予材質（Material），而材質很多情況下是要有貼圖（Texture）的，我們所講的着色器（Shader）可以對Texture進行處理，使其被加工爲最終符合要求的Material。如果拿做菜來比喻的話，貼圖就是食材，着色器就是菜譜，材質就是做出來的菜。

 

2 表面着色器

表面着色器是一個將多種渲染效果封裝起來的着色器。不用自己寫頂點和片段的渲染細節，可以快速調整一些參數如金屬、高光、貼圖等。新建一個材質和一個表面着色器，將着色器拖到材質上。默認的表面着色器shader代碼如下：

Shader "Custom/Surface" {
	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"
}

Properties中是shader的屬性，將會在面板上顯示，可以手動調整。SubShader是渲染的流程，裏面可以設置渲染路徑和光照等。裏面主要是surf函數，包含對金屬感、光滑度的設置。最後是FallBack，表示失敗後默認返回漫反射效果。爲了展示調參效果，我給材質找了一個金屬拉絲效果的貼圖。

然後調整參數，觀察調整中的效果。

3 頂點片段着色器

頂點片段着色器，顧名思義就是可以控制頂點渲染和片段渲染的着色器。我們新建一個ImageEffectShader。在Project選項卡中選擇Create——Shader——ImageEffectShader。

默認的代碼如下：

Shader "Hidden/NewImageEffectShader"
{
	Properties
	{
		_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
	}
	SubShader
	{
		// No culling or depth
		Cull Off ZWrite Off ZTest Always

		Pass
		{
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			
			#include "UnityCG.cginc"

			struct appdata
			{
				float4 vertex : POSITION;
				float2 uv : TEXCOORD0;
			};

			struct v2f
			{
				float2 uv : TEXCOORD0;
				float4 vertex : SV_POSITION;
			};

			v2f vert (appdata v)
			{
				v2f o;
				o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
				o.uv = v.uv;
				return o;
			}
			
			sampler2D _MainTex;

			fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
			{
				fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
				// just invert the colors
				col = 1 - col;
				return col;
			}
			ENDCG
		}
	}
}

該着色器是一個非常簡單的頂點片段着色器，實現了顏色值的取反。它的屬性面板只有一個貼圖參數。在SubShader中是一個pass，pass是執行渲染的時候使用的通道。Pass中有頂點函數vert()和片段函數frag()。vert的入口參數是從應用程序傳來的appdata型數據，返回的是v2f型數據。而frag的入口參數是vert的返回的v2f型數據，返回的是顏色值。Shader中的數據必須是有語義的，因此我們看到appdata和v2f結構中每個元素後面都有冒號，冒號後面就是變量對應的語義。

平時我們編寫的shader多數都是頂點片段着色器，而unity shader的語法最好是通過教程系統學習，我們這裏只是點到爲止，跟大家分享unity shader可以做哪些東西。當然，對於剛剛入門的初學者，shader是基本不會用到的，如果覺得確實不那麼需要，可以先忽略掉這部分內容，以後熟練了再回過頭來學習。

關於shader的幾個應用實例：

繪製點、線等基本圖形

http://blog.csdn.net/zzlyw/article/details/53813975

繪製絢麗的Julia圖形

http://blog.csdn.net/zzlyw/article/details/53838932

繪製自由多邊形

http://blog.csdn.net/zzlyw/article/details/53992048