[UnityShader基础]简单Shader本体

本文片段摘自：猫都能学会的Unity3D Shader入门指南，请点击链接查看原文，尊重楼主版权。

Shader本体

前面杂项说完了，终于可以开始看看最主要的部分了，也就是将输入转变为输出的代码部分。为了方便看，请容许我把上面的SubShader的主题部分抄写一遍

CGPROGRAM  #pragma surface surf Lambertsampler2D _MainTex;struct Input {      float2 uv_MainTex;};void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {      half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);    o.Albedo = c.rgb;    o.Alpha = c.a;}ENDCG  

还是逐行来看，首先是CGPROGRAM。这是一个开始标记，表明从这里开始是一段CG程序（我们在写Unity的Shader时用的是Cg/HLSL语言）。最后一行的ENDCG与CGPROGRAM是对应的，表明CG程序到此结束。

接下来是是一个编译指令：#pragma surface surf Lambert，它声明了我们要写一个表面Shader，并指定了光照模型。它的写法是这样的：

#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

• surface - 声明的是一个表面着色器
• surfaceFunction - 着色器代码的方法的名字
• lightModel - 使用的光照模型。

所以在我们的例子中，我们声明了一个表面着色器，实际的代码在surf函数中（在下面能找到该函数），使用Lambert（也就是普通的diffuse）作为光照模型。

接下来一句sampler2D _MainTex;，sampler2D是个啥？其实在CG中，sampler2D就是和texture所绑定的一个数据容器接口。等等..这个说法还是太复杂了，简单理解的话，所谓加载以后的texture（贴图）说白了不过是一块内存存储的，使用了RGB（也许还有A）通道，且每个通道8bits的数据。而具体地想知道像素与坐标的对应关系，以及获取这些数据，我们总不能一次一次去自己计算内存地址或者偏移，因此可以通过sampler2D来对贴图进行操作。更简单地理解，sampler2D就是GLSL中的2D贴图的类型，相应的，还有sampler1D，sampler3D，samplerCube等等格式。

解释通了sampler2D是什么之后，还需要解释下为什么在这里需要一句对_MainTex的声明，之前我们不是已经在Properties里声明过它是贴图了么。答案是我们用来实例的这个shader其实是由两个相对独立的块组成的，外层的属性声明，回滚等等是Unity可以直接使用和编译的ShaderLab；而现在我们是在CGPROGRAM...ENDCG这样一个代码块中，这是一段CG程序。对于这段CG程序，要想访问在Properties中所定义的变量的话，必须使用和之前变量相同的名字进行声明。于是其实sampler2D _MainTex;做的事情就是再次声明并链接了_MainTex，使得接下来的CG程序能够使用这个变量。

终于可以继续了。接下来是一个struct结构体。相信大家对于结构体已经很熟悉了，我们先跳过之，直接看下面的的surf函数。上面的#pragma段已经指出了我们的着色器代码的方法的名字叫做surf，那没跑儿了，就是这段代码是我们的着色器的工作核心。我们已经说过不止一次，着色器就是给定了输入，然后给出输出进行着色的代码。CG规定了声明为表面着色器的方法（就是我们这里的surf）的参数类型和名字，因此我们没有权利决定surf的输入输出参数的类型，只能按照规定写。这个规定就是第一个参数是一个Input结构，第二个参数是一个inout的SurfaceOutput结构。

它们分别是什么呢？Input其实是需要我们去定义的结构，这给我们提供了一个机会，可以把所需要参与计算的数据都放到这个Input结构中，传入surf函数使用；SurfaceOutput是已经定义好了里面类型输出结构，但是一开始的时候内容暂时是空白的，我们需要向里面填写输出，这样就可以完成着色了。先仔细看看INPUT吧，现在可以跳回来看上面定义的INPUT结构体了：

struct Input {      float2 uv_MainTex;};

作为输入的结构体必须命名为Input，这个结构体中定义了一个float2的变量…你没看错我也没打错，就是float2，表示浮点数的float后面紧跟一个数字2，这又是什么意思呢？其实没什么魔法，float和vec都可以在之后加入一个2到4的数字，来表示被打包在一起的2到4个同类型数。比如下面的这些定义：

//Define a 2d vector variablevec2 coordinate;  //Define a color variablefloat4 color;  //Multiply out a colorfloat3 multipliedColor = color.rgb * coordinate.x;  

在访问这些值时，我们即可以只使用名称来获得整组值，也可以使用下标的方式（比如.xyzw，.rgba或它们的部分比如.x等等）来获得某个值。在这个例子里，我们声明了一个叫做uv_MainTex的包含两个浮点数的变量。

如果你对3D开发稍有耳闻的话，一定不会对uv这两个字母感到陌生。UV mapping的作用是将一个2D贴图上的点按照一定规则映射到3D模型上，是3D渲染中最常见的一种顶点处理手段。在CG程序中，我们有这样的约定，在一个贴图变量（在我们例子中是_MainTex）之前加上uv两个字母，就代表提取它的uv值（其实就是两个代表贴图上点的二维坐标 ）。我们之后就可以在surf程序中直接通过访问uv_MainTex来取得这张贴图当前需要计算的点的坐标值了。

如果你坚持看到这里了，那要恭喜你，因为离最后成功读完一个Shader只有一步之遥。我们回到surf函数，它的两有参数，第一个是Input，我们已经明白了：在计算输出时Shader会多次调用surf函数，每次给入一个贴图上的点坐标，来计算输出。第二个参数是一个可写的SurfaceOutput，SurfaceOutput是预定义的输出结构，我们的surf函数的目标就是根据输入把这个输出结构填上。SurfaceOutput结构体的定义如下

struct SurfaceOutput {      half3 Albedo;     //像素的颜色    half3 Normal;     //像素的法向值    half3 Emission;   //像素的发散颜色    half Specular;    //像素的镜面高光    half Gloss;       //像素的发光强度    half Alpha;       //像素的透明度};

这里的half和我们常见float与double类似，都表示浮点数，只不过精度不一样。也许你很熟悉单精度浮点数（float或者single）和双精度浮点数（double），这里的half指的是半精度浮点数，精度最低，运算性能相对比高精度浮点数高一些，因此被大量使用。

在例子中，我们做的事情非常简单：

half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);  o.Albedo = c.rgb;  o.Alpha = c.a;  

这里用到了一个tex2d函数，这是CG程序中用来在一张贴图中对一个点进行采样的方法，返回一个float4。这里对_MainTex在输入点上进行了采样，并将其颜色的rbg值赋予了输出的像素颜色，将a值赋予透明度。于是，着色器就明白了应当怎样工作：即找到贴图上对应的uv点，直接使用颜色信息来进行着色，over。

接下来…

我想现在你已经能读懂一些最简单的Shader了，接下来我推荐的是参考Unity的Surface Shader Examples多接触一些各种各样的基本Shader。在这篇教程的基础上，配合一些google的工作，完全看懂这个shader示例页面应该不成问题。如果能做到无压力看懂，那说明你已经有良好的基础可以前进到Shader的更深的层次了（也许等不到我的下一篇教程就可以自己开始动手写些效果了）；如果暂时还是有困难，那也没有关系，Shader学习绝对是一个渐进的过程，因为有很多约定和常用技巧，多积累和实践自然会进步并掌握。