[Shader 着色器]终极DIY双面材质攻略

Unity内置的Shader，都是单面效果，想必导入Mesh的同学都碰到过这样的痛苦，布料飘起的背面部分看起来是空气，汽车透过车窗看到是路面...各种蛋疼。
有些文章教导大家 把模型做出厚度来吧，这种做法实在太那个啥了......
 
其实用改写Shader的方法可以很方便的实现双面材质。
Unity里有3种Shader方式:
1.Fixed Function Shaders 
2.Vertex and Fragment Shaders
3. Surface Shaders
关于这部分的详细介绍，请参考官方的教程。
这三种方式里，都可以通过直接在Shader代码头部添加一个Cull off 语句，实现强制双面渲染。
但是直接用Cull off的方式 有个重大的缺陷，这材质从两面看无论贴图、颜色、反光、照明情况，都是一模一样的，这并不符合大多数实际情况的常识。
在第1和第2种Shader里，是可以通过在一个渲染子程序里用两个渲染Pass来实现双面不同效果的，这部分网上的资料也很多，写起来也很简单直接。
 
这里主要讨论的是第三种也是最常用的Surface Shader的双面不同效果的实现。
Surface Shader是不能写在Pass里的，所以要实现它的双面不同效果就要用其他变通的办法。
 
首先去Unity官方网站下载一个内置Shader的代码包，链接如下：
http://unity3d.com/download_unity/builtin_shaders.zip 
打开后看见一堆.shader文件，可以用任何文本编辑器打开。可以看见系统内建的Shader基本都是Surface方式。

这里随便打开一个Normal-BumpSpec.Shader 这是普通的高光-凹凸贴图材质

Shader "Bumped Specular" {Properties {    _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)    _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)    _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125    _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}    _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}}SubShader {     Tags { "RenderType"="Opaque" }    LOD 400    CGPROGRAM#pragma surface surf BlinnPhongsampler2D _MainTex;sampler2D _BumpMap;fixed4 _Color;half _Shininess;struct Input {    float2 uv_MainTex;    float2 uv_BumpMap;};void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {    fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);    o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;    o.Gloss = tex.a;    o.Alpha = tex.a * _Color.a;    o.Specular = _Shininess;    o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));}ENDCG}FallBack "Specular"}

简单解说一下几个关键行：
第一行Shader "Bumped Specular" 指定了这个shader出现在Unity系统Shader菜单里的名字，如果要修改系统内建Shader的源代码，最好把这个名字改掉，否则和系统内建Shader重名啦。我是这样写的: Shader "Hog's shaders/BumpSpec_Twoside" ，这个shader会出现在Hog's shaders组里，系统会自动完成这个加载。
第二行Properties后面的一组以下划线开头的变量表示了这个渲染器需要设置的参数。对于一个高光-凹凸材质来说，需要材质颜色、反光颜色、反光率、材质贴图和法线贴图，这5个变量就对应这5个东西啦，详细请参考系统手册。
在第11行LOD 400 后面加上一行:Cull off，这个材质就会自动双面渲染了 Cull off表示双面都渲染，不写默认是Cull back，不渲染背面。你也可以写上Cull front,不渲染正面。
改完这行 ，把第一行改成你希望的名字，把这个shader文件拷贝到工程的assets目录底下，系统就能自动加载啦。
效果如图：

双面是双面了，但是哪有两面是一样亮、一样高光区域的....，全透光的砖墙，这种双面很少会用到吧。
 
如何做到双面不同效果呢？
前面说了Surface shader是不能写两个pass渲染不同面的，但其实surface方式可以写多个渲染过程，根本不需要pass的概念，Surface Shader可以这样写：
Call back 
渲染正面的代码
Call front
渲染反面的代码
 
就可以实现双面不同的控制了。
根据这个原理，其实我们只要把系统内建shader的源代码复制一份，就能实现另一面不同效果了。以下供参考：

Shader "Hog's shaders/BumpSpec_Twoside" {Properties {//正面5个参数    _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)    _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)    _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125    _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}    _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}//反面拷贝 改名 也是5个    _BackColor ("Back Main Color", Color) = (1,1,1,1)    _BackSpecColor ("Back Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)    _BackShininess ("Back Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125    _BackMainTex ("Back Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}    _BackBumpMap ("Back Normalmap", 2D) = "bump" {}}SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" }    LOD 400    Cull back//开始渲染正面    CGPROGRAM//表明是surface渲染方式 主渲染程序是surf 光照模型是BLinnPhong#pragma surface surf BlinnPhong  sampler2D _MainTex;sampler2D _BumpMap;fixed4 _Color;half _Shininess;struct Input {    float2 uv_MainTex;    float2 uv_BumpMap;};void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {    fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);    o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;    o.Gloss = tex.a;    o.Alpha = tex.a * _Color.a;    o.Specular = _Shininess;    o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));}ENDCG    Cull front//开始渲染反面 其实和就是拷贝了一份正面渲染的代码 除了变量名要改    CGPROGRAM#pragma surface surf BlinnPhongsampler2D _BackMainTex;sampler2D _BackBumpMap;fixed4 _BackColor;half _BackShininess;struct Input {    float2 uv_BackMainTex;    float2 uv_BackBumpMap;};void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {    fixed4 tex = tex2D(_BackMainTex, IN.uv_BackMainTex);    o.Albedo = tex.rgb * _BackColor.rgb;    o.Gloss = tex.a;    o.Alpha = tex.a * _BackColor.a;    o.Specular = _BackShininess;    o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BackBumpMap, IN.uv_BackBumpMap));}ENDCG}FallBack "Specular"}

这是个双面可以分别指定的高光-凹凸材质，注意几个要点：
properties部分只能出现一次，所以这是不能直接拷贝的。因为要为双面指定不同的参数，双面的参数变量名肯定不能一样，这个论坛里都是程序猿，没必要多解释了。我简单的把用于正面的5个参数前面都加上了一个Back用于反面。
在CG代码内部也要对应的应用相应的参数，反面的渲染代码就用刚才全部加了Back的那5个参数。
正面代码段用Cull back 开始 反面的代码用Cull front开始
以下是渲染效果

一面是砖墙一面是木板。。蛋疼了没
这个模式下，双面也完全可以指定不同的材质，基本上你不用学习很多内建Shader和CG语法，通过简单的copy-paste就能组合出无穷的双面材质来了。
 
再提升一下，其实我们常用的双面效果，除了透明的材质以外，无非是两种：
一是反面和正面同样纹理，但是不需要高光、反射，只需要一个相对黯淡的被环境光照亮的材质，比如砖墙木盒衣服什么的
二是反面显示为单身或其他纹理，但也不需要高光、反射，只需要被环境光照亮，比如汽车内部 建筑物内部等等。
第一种情况，反面可以沿用正面纹理，但是以普通的Diffuse方式着色
第二种情况，反面不指定或者单独指定纹理，也以普通的Diffuse方式着色
两种情况，反面的渲染都可以借用系统内建Shader的Diffuse渲染代码来实现，方式一的代码：

Shader "Hog's shaders/BumpSpec_Twoside1" {Properties {    _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)    _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)    _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125    _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}    _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}    _BackColor ("Back Main Color", Color) = (1,1,1,1)}SubShader {     Tags { "RenderType"="Opaque" }    LOD 400    Cull back    CGPROGRAM#pragma surface surf BlinnPhongsampler2D _MainTex;sampler2D _BumpMap;fixed4 _Color;half _Shininess;struct Input {    float2 uv_MainTex;    float2 uv_BumpMap;};void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {    fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);    o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;    o.Gloss = tex.a;    o.Alpha = tex.a * _Color.a;    o.Specular = _Shininess;    o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));}ENDCG    Cull front    CGPROGRAM#pragma surface surf Lambertsampler2D _MainTex;fixed4 _BackColor;struct Input {    float2 uv_MainTex;};void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {    fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex) * _BackColor;    o.Albedo = c.rgb;    o.Alpha = c.a;}ENDCG}FallBack "Specular"}

反面渲染的运算就直接借用了系统的Diffuse Shader,只不过纹理是沿用正面的纹理，只增加了一个反面的颜色变量用来模拟环境光亮度，与纹理混合实现反面效果。渲染效果如下

Shader "Hog's shaders/BumpSpec_Twoside2" {Properties {    _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)    _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)    _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125    _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}    _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}    _BackColor ("Back Main Color", Color) = (1,1,1,1)    _BackMainTex ("Back Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}}SubShader {     Tags { "RenderType"="Opaque" }    LOD 400    Cull back    CGPROGRAM#pragma surface surf BlinnPhongsampler2D _MainTex;sampler2D _BumpMap;fixed4 _Color;half _Shininess;struct Input {    float2 uv_MainTex;    float2 uv_BumpMap;};void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {    fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);    o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;    o.Gloss = tex.a;    o.Alpha = tex.a * _Color.a;    o.Specular = _Shininess;    o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));}ENDCG    Cull front    CGPROGRAM#pragma surface surf Lambertsampler2D _BackMainTex;fixed4 _BackColor;struct Input {    float2 uv_BackMainTex;};void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {    fixed4 c = tex2D(_BackMainTex, IN.uv_BackMainTex) * _BackColor;    o.Albedo = c.rgb;    o.Alpha = c.a;}ENDCG}FallBack "Specular"}

此方式下反面可以单独指定纹理，不指定就直接显示指定的反面颜色，渲染效果如下：

以上只是介绍一个基本思想，在这个基础上能应该能衍生出无穷的变化。对自定义shader有兴趣的可以参考系统手册和Nvidia的CG教学手册。
不过千万不要动不动就使用双面材质，因为会增加系统负荷，应该只用在需要的地方。
 
把以上代码起个名字另存为.shader文件，导入工程assets，就能直接使用。