Shader着色器开发——01基础入门

2021-10-19

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Unity中的GameObject（游戏物体）由Compent（组件）组成。

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GameObject（游戏物体）一般有两大Compent组件：

** Mesh Filter（网格过滤器）**: 存储一个Mesh（网格，模型的网格，就是模型由哪些三角面组成，组成一个什么样子的模型，三角面的一些顶点信息。）
** Mesh Renderer（网格渲染器）**: 用来渲染一个模型的外观，按照mesh给皮肤，颜色。
- Mesh Renderer 是通过 Material（材质）控制模型渲染的样子。** Material（材质）= Shader（着色器）+ Map（贴图）**
  - shader：材质特性，反光/光滑。Map：表面颜色/纹理。

本课程目的可达到：了解基本使用Shader。

1、什么是OpenGL、DirectX 以及 GLSL、HLSL、CG?

一般大型游戏都需要DirctX。

** 图像应用编程接口。都是用于图形渲染的。**

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**

** **CPU (处理器) 、GPU（显卡）、应用程序（C#）、图形接口（OpenGL、DirectX）

Shader可以认为是一种渲染命令，有OpenGL或 Direct进行解析，来控制渲染丰富多彩的图形。

移动使用OpenGL，桌面端一般使用Direct。

GLSL shader语言用于OpenGL。（Khronos）

HLSL shader语言用于DirectX。（微软）

CG（Nvidia英伟达语言）跨平台

2、Unity Shader的分类

Unity使用的是 **ShaderLab **（对CG封装了一层）来编写Unity中的Shader。

编程语言和脚本语言的区别？

** 1、 Surface Shader(表面作色器) **Unity独有的着色器，封装了顶点/片元着色器（光源多的情况下使用较好）

** 2、Vertex/Fragment Shader（顶点/片元着色器） **基本的着色器，控制实现效果更多

** 3、Fixed Function Shader（固定函数着色器） **

shader "LJK/01 FirstShader"//这里不需要文件名保持一致
{
    Properties //属性
    {
        _Color("颜色",Color)=(1,0,0,1)// _属性名（显示出来的属性名，类型）= 默认的参数值，不需要new
        _Vector("向量",Vector)=(1,2,3,4)// 四维向量 float4
        _Int("整数",Int)=1234 //float
        _Float("小数",Float)=3.14//float
        _Range("范围",Range(0,10))=6//范围 float
        _2D("图片",2D)="white"{}//默认白色图片 sampler2D
        _Cube("天空盒子纹理",Cube)="white"{} //samplerCube
        _3D("3D纹理",3D)="black"{}//sampler3D
    }
    SubShader //子Shader，SubShader可以写多个。（增加Shader的适应能力）
                //如果第一个SubShader里面的效果都可以实现，那么就使用第一个SubShader。
                //如果显示在这个SubShader里面某些效果实现不了，那么会自动运行下一个SubShader。
    {
        Pass //至少又一个Pass。在这里编写Shader代码，可以使用CG,也可以使用 HLSLPROGRAM
        {
            CGPROGRAM
                //使用CG语言编写Shader代码
                //核心Shader代码
                //编程代码需要分号结束
                fixed _Color;     //float/half/fixed相互代替
                // float:二进制32位进行存储 最大
                // half:   二进制16位进行存储  -6万～6万
                // fixed:  二进制11位进行存储  -2～2 最小，一般颜色都用fixed
                float4 _Vector;
                float _Int;
                float _Float;
                float _Rang;
                sampler2D _2D;
                samplerCUBE _Cube;
                sampler3D _3D;
            ENDCG
        }
    }
    Fallback "Diffuse" //后备方案
}

Shader "LJK/02 testRunShader"
{
   //属性可以没有，但必须又一个SubShader和一个pass块
   Subshader
    {
       pass
       {
           CGPROGRAM//核心代码
           //由系统调用的函数（方法），方法名不固定。参数也不固定。
           //顶点函数
           #pragma vertex vert//这里声明顶点函数的函数名。
                              //顶点函数处理顶点。（屏幕上显示的顶点位置）（坐标，信息，相对于自身中心）。
                              //基本作用：确定位置。从模型空间转到"剪裁空间"（屏幕空间）。
           //片元函数
           #pragma fragment frag//这里声明片元函数的函数名
                                //片元对应像素。(屏幕上显示的颜色)
                                //基本作用：返回模型对应的屏幕上的每一个像素点的颜色值。
                                //具有返回值。

           float4 vert(float4 v:POSITION):SV_POSITION //每个顶点坐标都会调用这个方法
                                                        //通过语义告诉系统，这个参数是干什么的。
                                                        //POSITION告诉系统需要顶点坐标。
                                                        //SV_POSITION用来解释返回值，意思是返回值是剪裁空间下的顶点坐标。 
           {
               //坐标系之间的转换需要"矩阵"来进行转换。
               float4 pos=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v); //使用宏。将矩阵与坐标相乘(x,y,z,w) w一般用于辅助做坐标转换
               return pos;//把坐标从模型空间转到剪裁空间。UNITY_MATRIX_MVP是矩阵
           }

           fixed4 frag():SV_Target
           {
               return fixed4(1,1,0,1);
           }
           ENDCG
       }
   }
    Fallback "Diffuse"
}

Shader "LJK/03 testUseStructShader"
{
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            // Upgrade NOTE: excluded shader from DX11; has structs without semantics (struct v2f members temp)
            #pragma exclude_renderers d3d11
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include <UnityShaderUtilities.cginc>

            //从应用到顶点
            struct a2v
            {
                float4 vertex:POSITION;//告诉unity把模型空间下的顶点坐标填充给vertex
                float3 normal:NORMAL;//告诉unity把模型空间下的法线方向填充给normal
                float4 texcoord:TEXCOORD0;//告诉unity把第一套纹理坐标填充给texcoord
            };

            //
            struct v2f
            {
                //返回值必须有语义。
                float4 position:SV_POSITION; // SV_POSITION语义：返回值是剪裁空间下的顶点坐标。  
                float3 temp:COLOR0;          // COLOR0语义：返回值是颜色类型 float4/fixed4
            };
 
            //以下两个函数，系统自动调用
            //系统给每个顶点调用
            v2f vert(a2v v){
                v2f f;
                f.position=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                f.temp=v.normal;
                return f;
               
            }
            //系统给屏幕上的每个像素点调用，调用次数会比较多
            fixed frag(v2f f):SV_Target{
                return fixed4(f.temp,1);
            }
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

语义总结：

在顶点函数和片元函数之间传递值

从应用程序传递到顶点函数(a2v)使用的语义
- POSITION 顶点坐标（模型空间下的）
- NORMAL 法线( 模型空间下)
- TANGENT 切线（模型空间）
- TEXCOORD0 ~ｎ纹理坐标 (0-1)
- COLOR 顶点颜色
从顶点函数传递到片元函数使用的语义
- SV_POSITION 剪裁空间中的顶点坐标（一般是系统直接使用）
- COLOR0 可以传递一组值 4个
- COLOR1 可以传递一组值 4个
- TEXCOORD0~7 传递纹理坐标
从片元函数传递给系统****使用的语义
- SV_Target 颜色值，显示到屏幕上的颜色