shader first

来源：互联网发布：震撼人心的照片知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/16 08:28

一个Shader有多个SubShader。一个SubShader可理解为一个Shader的一个渲染方案。即SubShader是为了针对不同的显卡而编写的。每个Shader至少1个SubShader、理论可以无限多个，但往往两三个就足够。
SubShader和显卡的兼容性判断，和SubShader的标签、Pass的标签和显卡支持的“Unity渲染路径”有关。这些都会在下面逐一提到。

SubShader的Tag

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" {    SubShader    {        Tags { "Queue"="Geometry+10" "RenderType"="Opaque" }        //...    }}

SubShader内部可以有标签（Tags）的定义。Tag指定了这个SubShader的渲染顺序（时机），以及其他的一些设置。

"Queue"标签。定义渲染顺序。预制的值为

"Background"。值为1000。比如用于天空盒。
"Geometry"。值为2000。大部分物体在这个队列。不透明的物体也在这里。这个队列内部的物体的渲染顺序会有进一步的优化（应该是从近到远，early-z test可以剔除不需经过FS处理的片元）。其他队列的物体都是按空间位置的从远到近进行渲染。
"AlphaTest"。值为2450。已进行AlphaTest的物体在这个队列。
"Transparent"。值为3000。透明物体。
"Overlay"。值为4000。比如镜头光晕。
用户可以定义任意值，比如"Queue"="Geometry+10"

"RenderType"标签。Unity可以运行时替换符合特定RenderType的所有Shader。Camera.RenderWithShader或者Camera.SetReplacementShader配合使用。Unity内置的RenderType包括：

"Opaque"：绝大部分不透明的物体都使用这个；
"Transparent"：绝大部分透明的物体、包括粒子特效都使用这个；
"Background"：天空盒都使用这个；
"Overlay"：GUI、镜头光晕都使用这个；
还有其他可参考Rendering with Replaced Shaders；用户也可以定义任意自己的RenderType字符串。

"ForceNoShadowCasting"，值为"true"时，表示不接受阴影。

"IgnoreProjector"，值为"true"时，表示不接受Projector组件的投影。

Pass

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" {    SubShader {        Pass        {            //...        }    }}

一个SubShader（渲染方案）是由一个个Pass块来执行的。每个Pass都会消耗对应的一个DrawCall。在满足渲染效果的情况下尽可能地减少Pass的数量。

Pass的Tag

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" {    SubShader {        Pass        {            Tags{ "LightMode"="ForwardBase" }            //...        }    }}

和SubShader有自己专属的Tag类似，Pass也有Pass专属的Tag。
其中最重要Tag是 "LightMode"，指定Pass和Unity的哪一种渲染路径（“Rendering Path”）搭配使用。这里需要描述的Tag取值可包括：

Always，永远都渲染，但不处理光照
ShadowCaster，用于渲染产生阴影的物体
ShadowCollector，用于收集物体阴影到屏幕坐标Buff里。

其他渲染路径相关的Tag详见下面章节“Unity渲染路径种类”。
具体所有Tag取值，可参考ShaderLab syntax: Pass Tags。

FallBack

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"{    SubShader { Pass {} }    FallBack "Diffuse" // "Diffuse"即Unity预制的固有Shader    // FallBack Off //将关闭FallBack}

当本Shader的所有SubShader都不支持当前显卡，就会使用FallBack语句指定的另一个Shader。FallBack最好指定Unity自己预制的Shader实现，因其一般能够在当前所有显卡运行。

Properties

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"{    Properties {    _Range ("My Range", Range (0.02,0.15)) = 0.07 // sliders    _Color ("My Color", Color) = (.34, .85, .92, 1) // color    _2D ("My Texture 2D", 2D) = "" {} // textures    _Rect("My Rectangle", Rect) = "name" { }    _Cube ("My Cubemap", Cube) = "name" { }    _Float ("My Float", Float) = 1    _Vector ("My Vector", Vector) = (1,2,3,4)    }    // Shader    SubShader{        Pass{          //...          uniform float4 _Color;          //...          float4 frag() : COLOR{ return fixed4(_Color); }          //...          }    }    //fixed pipeline    SubShader    {        Pass{            Color[_Color]        }    }}

Shader在Unity编辑器暴露给美术的参数，通过Properties来实现。

所有可能的参数如上所示。主要也就Float、Vector和Texture这3类。

除了通过编辑器编辑Properties，脚本也可以通过Material的接口（比如SetFloat、SetTexture编辑）

之后在Shader程序通过[name]（固定管线）或直接name（可编程Shader）访问这些属性。

Shader中的数据类型

有3种基本数值类型：float、half和fixed。
这3种基本数值类型可以再组成vector和matrix，比如half3是由3个half组成、float4x4是由16个float组成。

float：32位高精度浮点数。
half：16位中精度浮点数。范围是[-6万, +6万]，能精确到十进制的小数点后3.3位。
fixed：11位低精度浮点数。范围是[-2, 2]，精度是1/256。

数据类型影响性能

精度够用就好。
- 颜色和单位向量，使用fixed
- 其他情况，尽量使用half（即范围在[-6万, +6万]内、精确到小数点后3.3位）；否则才使用float。
不要将低精度fixed类型转换为更高的精度，否则会产生性能问题。
低精度fixed不要使用“swizzle”（即形如myFixed4.xyzw、myFixed2.xyxy，中文不知咋译，“搅和
访问”？），否则会产生性能问题。

Shader形态

Shader形态之1：固定管线

固定管线是为了兼容老式显卡。都是顶点光照。之后固定管线可能是被Unity抛弃的功能，所以最好不学它、当它不存在。特征是里面出现了形如下面Material块、没有CGPROGRAM和ENDCG块。

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"{    Properties {    _Color ("My Color", Color) = (.34, .85, .92, 1) // color    }    // Fixed Pipeline    SubShader    {        Pass        {            Material{            Diffuse [_Color]            Ambient [_Color]            }            Lighting On        }    }}

Shader形态之2：可编程Shader

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"{    Properties {}    SubShader    {        Pass        {          // ... the usual pass state setup ...          CGPROGRAM          // compilation directives for this snippet, e.g.:          #pragma vertex vert          #pragma fragment frag          // the Cg/HLSL code itself          float4 vert(float4 v:POSITION) : SV_POSITION{              return mul(UNITY_MATRIX_MVP, v);          }          float4 frag() : COLOR{              return fixed4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);          }          ENDCG          // ... the rest of pass setup ...          }    }}

- 功能最强大、最自由的形态。
- 特征是在Pass里出现CGPROGRAM和ENDCG块
- 编译指令#pragma。详见官网Cg snippets。其中重要的包括：
编译指令示例/含义#pragma vertex name
#pragma fragment name替换name，来指定Vertex Shader函数、Fragment Shader函数。#pragma target name替换name（为2.0、3.0等）。设置编译目标shader model的版本。#pragma only_renderers name name ...
#pragma exclude_renderers name name...#pragma only_renderers gles gles3，
#pragma exclude_renderers d3d9 d3d11 opengl，
只为指定渲染平台（render platform）编译
引用库。通过形如#include "UnityCG.cginc"引入指定的库。常用的就是UnityCG.cginc了。其他库详见官网Built-in shader include files。
ShaderLab内置值。Unity给Shader程序提供了便捷的、常用的值，比如下面例子中的UNITY_MATRIX_MVP就代表了这个时刻的MVP矩阵。详见官网ShaderLab built-in values。

CC_MVPMatrix的作用

CC_MVPMatrix本质上是一个变换矩阵，用来把一个世界坐标系中的点转换到Clipping space。当然，如果学过OpenGL的人都知道，3D物体从建模到最终显示到屏幕上面要经历以下几个阶段：

对象空间(Object Space)
世界空间(World Space)
照相机空间(Camera Space)
裁剪空间(Clipping Space)
视口空间(Viewport)

从对象空间到世界空间的变换通常叫做Model-To-World变换，从世界空间到照相机空间的变换叫做World-To-View变换，而从照相机空间到裁剪空间的变换叫做View-To-Projection。合起来，就是我们常常提到的MVP变换。这里面每一个变换都是乘以一个矩阵，3个矩阵相乘最后还是一个矩阵，也就是cocos2d-x里面的CC_MVPMatrix啦。当然，实际开发过程中，我们往往会把MV变换放到一起，一般做法如下

Shader输入输出参数语义（Semantics）。在管线流程中每个阶段之间（比如Vertex Shader阶段和FragmentShader阶段之间）的输入输出参数，通过语义字符串，来指定参数的含义。常用的语义包括：COLOR、SV_Position、TEXCOORD[n]。完整的参数语义可见HLSL Semantic（由于是HLSL的连接，所以可能不完全在Unity里可以使用）。

特别地，因为Vertex Shader的的输入往往是管线的最开始，Unity为此内置了常用的数据结构：点击打开链接 go on

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