剛開始接觸Unity3D Shader編程時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有關(guān)shader的文檔相當(dāng)散，這也造成初學(xué)者對(duì)Unity3D Shader編程望而卻步。該系列教程的第一篇文章（譯者注：即本文，后續(xù)還有5篇文章）詳細(xì)介紹了Unity3D中的表面著色器（Surface Shader）的，為學(xué)習(xí)更復(fù)雜的Shader編程打下基礎(chǔ)。

動(dòng)機(jī)

如果你是剛剛接觸Shader編程的新手，你可能不知道從何開始踏出Shader編程的第一步。本教程將帶你一步步完成一個(gè)表面著色器(Surface Shader)和片段著色器(Fragment Shader)。本教程也將介紹在Unity3D Shader編程中所使用的一些函數(shù)和變量，這些內(nèi)容可能和你在網(wǎng)上看到的不一樣哦！

如果你滿足下面的條件，我覺(jué)得你應(yīng)該看看這篇文章：

• 如果你是shader編程的新手。
• 你想在你的游戲中使用shader做一些很炫酷的效果，但是你在網(wǎng)上找不到可用的Shader（譯者注：o(╯□╰)o自己動(dòng)手豐衣足食）。
• 由于缺乏對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的了解，造成不能隨心所欲使用Strumpy著色器編輯器（譯者注：Strumpy Shader Editor，一種圖形化編寫shader的方式，看著很誘人！）。
• 你想在你的shader代碼中手動(dòng)處理紋理(Textures)

本文是該系列教程的第一篇文章，隨后我們會(huì)制作一些更復(fù)雜的shader。相比起來(lái)，第一篇文章確實(shí)很簡(jiǎn)單。

關(guān)于作者

我也是Shader編程的新手----所以我決定寫這篇教程幫助大家入門——我當(dāng)初也在入門上遇到很多苦惱。事實(shí)上我并不是一個(gè)Shader編程專家。

當(dāng)我想了解Shader編程時(shí)，我曾反復(fù)閱讀官方文檔，但是我最終發(fā)現(xiàn)官方文檔講述的順序并不適合我學(xué)習(xí)shader。所以我覺(jué)得我應(yīng)該寫一篇教程，并分享我所學(xué)到的知識(shí)。不過(guò)寫完教程之后，我發(fā)現(xiàn)再次閱讀官方文檔時(shí)，覺(jué)得明白多了。

盡管本教程中的所有例子都能正常運(yùn)行，但是我相信肯定有更好shaders實(shí)現(xiàn)這些例子。如果聰明的你對(duì)這些例子中的shaders有更好的建議，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)留言！

我之所以學(xué)習(xí)shader編程是因?yàn)槲倚枰谖覄?chuàng)建的游戲世界中創(chuàng)建些東西，但這個(gè)游戲世界創(chuàng)建起來(lái)有個(gè)麻煩之處，因?yàn)樗怯刹煌巧M成的，而我必須創(chuàng)建由多個(gè)部分組成的一個(gè)統(tǒng)一網(wǎng)格(mesh)。所以我只能對(duì)每個(gè)角色使用一次繪制調(diào)用(draw call)。（譯者注：完全不知道他在講什么？所以我把原文放在下面給大家評(píng)評(píng)理）

My reason for getting into shader programming was to build something that I needed for a world populated with an endless array of different characters.? I needed to build a combined mesh out of multiple parts so I only have one draw call per character.

通過(guò)打開和關(guān)閉角色的穿衣效果，我使用Megafiers(一個(gè)變形插件)修改了角色的基本網(wǎng)格(base meshes)。其中的困難在于我只有一個(gè)紋理(texture)，但是我卻想給每個(gè)角色的皮膚，服飾以及其他的特征使用不同的顏色。我想到一個(gè)方法----對(duì)每個(gè)角色使用不同的3個(gè)4x4紋理，并使用一個(gè)shader來(lái)給模型上色。我將在整個(gè)教程中詳細(xì)描述我做的這個(gè)shader，但是現(xiàn)在—我想你們已經(jīng)迫不及待地想看我創(chuàng)建的角色表演一段即興的快閃舞（flash mob dance）（譯者注：網(wǎng)上截的圖片）。

著色器和材質(zhì)（shaders&materials）

一個(gè)shader所做的就是將一個(gè)模型的網(wǎng)格(mesh)渲染到屏幕上。Shader可以被定義為一系列的屬性（譯者注：就像一個(gè)函數(shù)里面的參數(shù)一樣，你可以改變函數(shù)的不同賦值來(lái)改變函數(shù)的輸出結(jié)果），你可以通過(guò)改變這些屬性來(lái)改變模型渲染到屏幕上的效果。而這些屬性被存放起來(lái)，放到一個(gè)叫做材質(zhì)(material)的地方。

Unity3D Shader有以下幾種

• 表面著色器（surface shader）----后臺(tái)自動(dòng)為你做的絕大部分的工作，減少了你工作量，并且適合絕大多數(shù)需要shader的情況。
• 片段著色器（fragment shader）----可以讓你做更多的效果，但是此shader更難寫。你也可以用它做一些底層的工作，比如頂點(diǎn)光照(Vertex lighting，即在每個(gè)頂點(diǎn)存儲(chǔ)該點(diǎn)的光照信息)。頂點(diǎn)光照對(duì)于移動(dòng)設(shè)備很有用（譯者注：估計(jì)省內(nèi)存吧）。該shader對(duì)于一些需要多通道(multiple passes)的高級(jí)渲染效果也很有效。

本文中我們將關(guān)注點(diǎn)放在表面著色器上。

學(xué)習(xí)Shader的資源

如果你要學(xué)習(xí)Shader編程，我向你推薦下面幾個(gè)資源

• Martin Kraus‘s fantastic Wiki Book GLSL Programming/Unity
• Unity‘s Shader Reference
• NVidia‘s tutorial on the CG programming language
• CreativeTD‘s video series on writing surface shaders

Shader的流水化工作方式

（譯者注：Shader的工作方式也稱為shader流水線(pipeline)，因?yàn)閟hader工作方式很類似汽車流水線，將模型上一系列頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和其他各種數(shù)據(jù)作為輸入，用這個(gè)shader組成的流水線加工下，出來(lái)的就成了炫酷的效果了。）

你將在shader流水線中看到不明覺(jué)厲的各種術(shù)語(yǔ)，我將用我自己的語(yǔ)言盡量降低理解的難度。

Shader的工作就是輸入一些3D幾何信息，經(jīng)過(guò)shader處理后將其變?yōu)?D的像素呈現(xiàn)在屏幕上。好處是在shader處理過(guò)程中，你只需要改變少數(shù)幾個(gè)屬性就可以產(chǎn)生不同的效果。對(duì)于表面著色器，該工作流程看起來(lái)像下面這樣：

（譯者注：簡(jiǎn)單講解一下這個(gè)流程圖，首先要渲染的物體將自己的幾何信息傳遞到Shader中，并且系統(tǒng)得到了該物體的頂點(diǎn)信息，然后你可以選擇經(jīng)不經(jīng)過(guò)Vertex Function來(lái)處理這些頂點(diǎn)信息，隨后經(jīng)過(guò)光柵化（將三維幾何信息映射到二維屏幕上，打個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋扔?#xff0c;相當(dāng)于把3D模型拍扁到屏幕上，然后你就可以專心處理屏幕上的像素了），每個(gè)像素經(jīng)過(guò)你的shader代碼將得到最終的顏色值）

注意在表面著色器（Surface Shader）中的函數(shù)退出之前，像素的顏色還沒(méi)有計(jì)算出來(lái)。這意味著你可以再次之前傳入頂點(diǎn)的法向量來(lái)影響光照的計(jì)算。

片段著色器（Fragment Shader）有著同樣的工作流程，但事實(shí)上，片段著色器中必須有Vertex Function（上圖中的Vertex Function部分就是可選的（Optional）），而且需要在像素處理階段做很多的工作才能產(chǎn)生最終的像素。而表面著色器隱藏了這些。（譯者注：給我的感覺(jué)就是片段著色器向用戶提供了更多的接口進(jìn)行更高級(jí)的渲染）。

下圖展示了你的代碼如何被調(diào)用以及代碼構(gòu)成

從上圖我們可以看到，當(dāng)你寫一個(gè)shader的時(shí)候，你可能得有一些屬性值（properties），并且有一個(gè)或多個(gè)Subshaders。具體使用哪個(gè)Subshader進(jìn)行處理取決于你的運(yùn)行平臺(tái)。你應(yīng)該還要指定一個(gè)Fallback shader，當(dāng)你的subshader沒(méi)有一個(gè)能運(yùn)行在你的目標(biāo)設(shè)備上，將使用Fallback shader（譯者注：有點(diǎn)像備胎）。

每個(gè)Subshader都至少有一個(gè)通道（pass）作為數(shù)據(jù)的輸入和輸出。你可以使用多個(gè)通道（passes）執(zhí)行不同的操作，比如在一個(gè)Grab Pass中，你可以獲取將要呈現(xiàn)到屏幕上的像素值(譯者注：類似于glsl中的fragment buffer)。當(dāng)你想制作高級(jí)的扭曲效果，這非常有用。雖然當(dāng)你開始學(xué)習(xí)shader編程時(shí)，你可能并不會(huì)使用到它。另外一個(gè)使用多通道（multiple passes）的原因是在不同時(shí)刻，你可能需要寫入或者禁止寫入深度緩存的使用。

當(dāng)你寫表面著色器時(shí)，我們將直接在Subshader這個(gè)層次上寫代碼，系統(tǒng)將把我們的代碼編譯成若干個(gè)合適的通道（pass）。

盡管shader最終產(chǎn)生的是二維像素，但是其實(shí)這些像素除了保存xy坐標(biāo)外，本身保存著深度值（即每個(gè)像素點(diǎn)上的內(nèi)容在原先3D場(chǎng)景中離照相機(jī)的遠(yuǎn)近），這樣距離照相機(jī)近的物體就會(huì)把距離照相機(jī)遠(yuǎn)的物體遮擋住，在屏幕上顯示時(shí)，就是將其像素值覆蓋。

你可以控制是否在你的shader中使用深度緩存（Z-buffer）產(chǎn)生一些特效，或者在Pass中使用一些指令決定shader是否可以寫入Z-buffer：比如使用ZWrite Off時(shí)，任何你輸出的東西都不會(huì)更新Z-buffer的值，即關(guān)閉的Z-Buffer的寫入功能。

你可以使用Z-buffer技術(shù)在別的物體上掏出一個(gè)洞，你可以先寫入需要打洞區(qū)域的深度值，但不輸出打洞區(qū)域所屬的像素值，然后在你模型后面的物體的深度值將無(wú)法寫入（因?yàn)閆-buffer覺(jué)得你的模型已經(jīng)擋住了后面的物體）（譯者注：這樣你打洞區(qū)域顯示的就是一開始使用的背景色，會(huì)造成一個(gè)洞穿過(guò)了這些物體的效果）。

下面是一些shader代碼：

希望你能看出上面代碼是由Properties，SubShader，Fallback三段代碼組成的。

理解Shader代碼

文章剩下的部分將講述上面那段簡(jiǎn)單代碼到底做了什么？真正的干貨馬上就來(lái)了，你必須好好掌握這些內(nèi)容。

當(dāng)你進(jìn)行shader編程時(shí)，你必須使用正確的變量名和函數(shù)名來(lái)調(diào)用它們，事實(shí)上變量的名稱在某些情況下能讓人一眼看出它的特定含義。

創(chuàng)建并使用默認(rèn)Shader

（譯者注：在詳細(xì)介紹Shader之前，我們先簡(jiǎn)單介紹下shader如何使用。）

1.?我們先打開Unity（我的版本是4.6.1），創(chuàng)建新工程，并在Assets文件夾下創(chuàng)建三個(gè)目錄，如下：

2.?我們?cè)賱?chuàng)建一個(gè)cube。

可以在Inspector面板看到新創(chuàng)建的cube所使用的Material如下。

3.?打開Material文件夾，我們?cè)谄渲袆?chuàng)建一個(gè)Shader和一個(gè)Material。

此時(shí)New Material的默認(rèn)Shader為Diffuse。

我們將NewShader拖到New Material上。

可以看到該材質(zhì)所使用的Shader變成我們新建的NewShader了。當(dāng)然你也可以直接點(diǎn)擊材質(zhì)編輯器中Shader下拉框，選擇相應(yīng)的Shader。

4.?最后將New Material拖到cube上。可以看到cube所使用的材質(zhì)和Shader都變成了我們新創(chuàng)建的材質(zhì)和Shader了。

Properties（屬性值）簡(jiǎn)介

你在shader代碼中的Properties{…}部分定義Shader中的屬性值（屬性值就是用戶傳入給shader的數(shù)據(jù)，比如紋理之類的，然后shader處理這些紋理，產(chǎn)生特效。可以理解為屬性值相當(dāng)于一種全局變量，而Shader就是那個(gè)主函數(shù)，Unity的優(yōu)勢(shì)在于給這個(gè)全局變量賦值可以在Inspector面板進(jìn)行）。注意Properties（屬性值）是所有Subshader代碼中的共享的，意味著所有SubShader代碼中都可以使用這些屬性值。

屬性值（property）定義的形式：

_Name(“Displayed Name”,type) = default value[{options}]

• _Name?屬性值的名稱，是在shader代碼內(nèi)部使用的，區(qū)別于下面的Displayed Name，后者是在Inspector 面板上顯示的，作為外界（用戶）的輸入提示。
• Displayed Name?呈現(xiàn)在材質(zhì)編輯器中的屬性值名稱，在Inspector面板上顯示。

總結(jié)：打開我們創(chuàng)建的NewShader。可以看到_MainTex是在代碼中使用的，而Base (RGB)是在材質(zhì)編輯器中使用的

• type?屬性值的類型，包括:
  • Color?– 表示純色，使用了RGBA表示法
  • 2D?– 代表尺寸為2的冪次的紋理(如2,4,8,16…256,512)
  • Rect?– 代表紋理(texture)，不同于上面的紋理，此處紋理的大小不一定是2的冪次。
  • Cube?– 用于3d中的cube map，經(jīng)常提到的天空盒就是使用了cube map。
  • Range(min, max)?– 在min和max之間的一個(gè)值，在面板中可用滑動(dòng)條改變其值大小。
  • Float?– 任意一浮點(diǎn)數(shù)。
  • Vector?– 4維向量值，本質(zhì)就是4個(gè)浮點(diǎn)數(shù)組成的類型。

來(lái)張全家福：

• default value?屬性值的初始值，就相當(dāng)于你的變量初始化的那個(gè)值。
  • Color – (red,green,blue,alpha)?使用了RGBA這種格式的顏色，alpha指的是透明度– 比如 (1,1,1,1)
  • 2D/Rect/Cube?– 紋理的類型，上面已經(jīng)介紹過(guò)了。初始化值可以使一個(gè)空字符串，或者"white", "black", "gray", "bump"(說(shuō)明此紋理是一個(gè)凹凸紋理)
  • Float/Range?– 這個(gè)沒(méi)啥說(shuō)的，跟浮點(diǎn)數(shù)初始化一樣一樣的
  • Vector – 4維向量，其中4個(gè)數(shù)均為浮點(diǎn)數(shù) (x,y,z,w)
• { options }?這里注意了，{options}?僅僅用于紋理類型，比如上面提到的2D，Rect，Cube，對(duì)于這些類型，如果沒(méi)有options可填，至少要寫一個(gè)空的{}，否則編譯出錯(cuò)。可以使用空格將多個(gè)options(選項(xiàng))分開 ，可用的options（選項(xiàng)）如下:
  • ?TexGen?texgenmode：紋理坐標(biāo)自動(dòng)生成的方式。可以是ObjectLinear,?EyeLinear,?SphereMap,?CubeReflect,CubeNormal其中之一，這些方式和OpenGL中的紋理坐標(biāo)生成方式相對(duì)應(yīng)，具體詳見這篇博文。注意當(dāng)你寫Vertex Function時(shí)，紋理坐標(biāo)產(chǎn)生方式將被忽略。

下面舉幾個(gè)屬性值寫法的例子：

// 定義了一個(gè)半透明（alpha=0.5）效果的紅色作為默認(rèn)顏色值_MainColor(“Main Color”,Color)=(1,0,0,0.5)// 定義了一個(gè)默認(rèn)值為白色的紋理_Texture(“Texture”,2D) =”white” {}

注意屬性值的定義末尾處不需添加分號(hào)。

標(biāo)簽（Tags）

你的表面著色器可以用一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽(tags)進(jìn)行修飾。這些標(biāo)簽的作用是告訴硬件何時(shí)去調(diào)用你的shader代碼。

在我們的例子中，我們使用：Tags {“RenderType” = “Opaque”}，這意味著當(dāng)程序去渲染不透明的幾何體時(shí)，將調(diào)用我們的shader，Unity定義了一系列這樣的渲染過(guò)程。另一個(gè)很容易理解的標(biāo)簽就是Tags {“RenderType” = “Transparent”}，意味著我們的shader只會(huì)輸出半透明或透明的像素值。

其它一些有用的標(biāo)簽，比如“IgnoreProjector”=“True”，意味著你渲染的物體不會(huì)受到projectors（投影儀）的影響。

“Queue”=“xxxx”（給shader所屬的對(duì)象貼上渲染隊(duì)列的標(biāo)簽）。當(dāng)渲染的對(duì)象類型是透明物體時(shí)，Queue標(biāo)簽?zāi)墚a(chǎn)生一些非常有趣的效果。該標(biāo)簽決定了物體渲染的順序（譯者注：我猜測(cè)它的工作方式是這樣的，一個(gè)場(chǎng)景中有很多個(gè)物體，當(dāng)這些物體被渲染時(shí)，必須有一個(gè)渲染的順序，比如背景應(yīng)該比其他物體先渲染出來(lái)，否則背景會(huì)將之前渲染的物體遮擋住，具體方法是將背景使用的shader中貼上一個(gè)“Queue”=“Backfround”標(biāo)簽，這樣使用該shader的物體將被貼上Background的標(biāo)簽。總之當(dāng)渲染整個(gè)場(chǎng)景時(shí)，unity會(huì)根據(jù)這些渲染隊(duì)列的標(biāo)簽決定按什么順序去渲染對(duì)應(yīng)標(biāo)簽所屬的物體）。

• Background?– 在所有其他物體渲染之前渲染，被用于天空盒或類似的背景效果。
• Geometry(默認(rèn)tags為geometry)?– 適用于大多數(shù)物體。非透明物體使用這種渲染順序。
• AlphaTest?– 順利通過(guò)alpha測(cè)試的像素（alpha-test是指當(dāng)前像素的alpha小于一定的值就舍棄該像素）使用該渲染順序。單獨(dú)設(shè)置該渲染順序是因?yàn)樵谒袑?shí)體渲染過(guò)后，該渲染順序?qū)?duì)渲染經(jīng)過(guò)alpha測(cè)試的物體更有效率。
• Transparent?– 該渲染標(biāo)簽所屬的物體將在標(biāo)簽為Geometry和AlphaTest之后的物體渲染，并且這些貼著Transparent的所有物體本身是從后往前依次渲染的。任何經(jīng)過(guò)alpha-blended的物體都應(yīng)該使用該標(biāo)簽（譯者注：alpha-blended是指使用當(dāng)前像素的alpha作為混合因子，來(lái)混合之前寫入到緩存中像素值，此時(shí)注意shader是不能寫入深度緩存的，因?yàn)槿绻魂P(guān)閉寫入深度緩存，那么在進(jìn)行深度檢測(cè)的時(shí)候，它背后的物體本來(lái)我們是可以透過(guò)它被我們看到的，但由于深度檢測(cè)時(shí)，小于它的深度就被剔除了，從而我們就看不到它后面的物體了），玻璃和粒子效果比較適合該渲染標(biāo)簽。
• Overlay?– 該渲染標(biāo)簽適合覆蓋效果，任何最后渲染的效果都可以使用該標(biāo)簽，比如透鏡光暈。

有趣的是你可以給這些基本的渲染標(biāo)簽進(jìn)行加加減減。這些預(yù)定義的值本質(zhì)上是一組定義整數(shù)，Background = 1000， Geometry = 2000, AlphaTest = 2450， Transparent = 3000，最后Overlay = 4000。（譯者注：從此處我們也可以一窺究竟，貌似數(shù)值大的后渲染。）這些預(yù)設(shè)值這對(duì)透明物體有很大影響，比如一個(gè)湖水的平面覆蓋了你用廣告牌制作的樹，你可以對(duì)你的樹使用“Queue”=”Transparent-102”，這樣你的樹就會(huì)繪制在湖水前面了。

Shader的整體結(jié)構(gòu)

讓我們回顧下shader代碼的結(jié)構(gòu)。

#pragma surface surf Lambert?這段代碼表示其中surface表示這是一個(gè)表面著色器，進(jìn)行結(jié)果輸出的函數(shù)名稱為surf，其使用的光照模型為L(zhǎng)ambert光照模型。

我們的CG程序使用了一種經(jīng)過(guò)修飾的類C語(yǔ)言 —— CG語(yǔ)言（是Nvidia和微軟共同出品的一種shader語(yǔ)言）。詳見Nvidia的文檔?—— 我在文中也會(huì)介紹一些基本的Cg使用方法。

浮點(diǎn)數(shù)類型（float）和向量值類型（vec）一般都會(huì)在末尾加上2，3，4這些數(shù)字（float2，float4，vec3…）表示該類型具體有幾個(gè)元素組成。這種定義方式使數(shù)值操作變得更方便，你可以將其當(dāng)做一個(gè)整體使用，或者單獨(dú)使用其分量。

//定義一個(gè)浮點(diǎn)類型的二維坐標(biāo)vec2 coordinate;//定義一個(gè)顏色變量（4個(gè)浮點(diǎn)值分量的顏色值）float4 color;//通過(guò)點(diǎn)乘得到3個(gè)浮點(diǎn)值分量的顏色值float3 multipliedColor = color.rgb * coordinate.x;

你可以使用.xyzw或.rgba來(lái)表明你使用的變量類型具體的含義，比如.xyzw可能表示的是旋轉(zhuǎn)四元數(shù)，而.xyz表示位置或法向量，.rgba表示顏色。當(dāng)然，你可以僅僅使用float作為單個(gè)浮點(diǎn)值類型。其實(shí)對(duì).rgba等分量訪問(wèn)符的使用也稱作swizzle，尤其是對(duì)顏色的處理，比如顏色空間的轉(zhuǎn)換可能會(huì)用到它，比如color=color.abgr;

你將會(huì)遇到half（半精度）和double（雙精度）類型，half（一般16bit）即正常float（一般32bit）的一半精度，double（一般64bit）是正常float的兩倍精度（此處的倍數(shù)衡量的方式不是指表示的范圍，而是表示可以使用的bit位數(shù)）。使用half經(jīng)常是出于性能考慮的原因。還有一種區(qū)別于浮點(diǎn)數(shù)的定點(diǎn)數(shù)fixed，精度更低。

當(dāng)你想將顏色值規(guī)范到0~1之間時(shí)，你可能會(huì)想到使用saturate函數(shù)（saturate(x)的作用是如果x取值小于0，則返回值為0。如果x取值大于1，則返回值為1。若x在0到1之間，則直接返回x的值.），當(dāng)然saturate也可以使用變量的swizzled版本，比如saturate(somecolor.rgb);

你可以使用length函數(shù)得到一個(gè)向量的長(zhǎng)度，比如float size = length(someVec4.xz);

如何從表面著色器輸出信息

我們的surface function（表面函數(shù)）每個(gè)像素調(diào)用一次，系統(tǒng)已經(jīng)事先計(jì)算出當(dāng)前處理的像素的輸入值（準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)應(yīng)該是輸入結(jié)構(gòu)體，即Input IN中的Input類型）。 它是根據(jù)每個(gè)網(wǎng)格上的面片，并進(jìn)行插值得到的結(jié)果。

來(lái)看看我們的surf函數(shù)

void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;}

很明顯我們可以看出，我們返回了o.Albeodo值 – 該值是Unity為我們定義的SurfaceOutput結(jié)構(gòu)體中的某個(gè)成員。接下來(lái)讓我們看看SurfaceOutput具體定義了哪些成員。該Albedo表示像素的顏色。

struct SurfaceOutput {half3 Albedo; //該像素的顏色值 half3 Normal; //該像素的法向量 half3 Emission; //該像素的輻射光，輻射光是最簡(jiǎn)單的一種光，它直接從物體發(fā)出并且不受任何光源影響 half Specular; //該像素的鏡面高光 half Gloss; //該像素的發(fā)光強(qiáng)度 half Alpha; //該像素的透明度 };

你只要將該結(jié)構(gòu)體中值交給Unity，Unity會(huì)自動(dòng)根據(jù)這些值產(chǎn)生最終效果，而不需要你關(guān)心其中的細(xì)節(jié)。

我答應(yīng)你們的干貨就在下面

首先看看作為我們surf函數(shù)的輸入是啥？

我們定義了一個(gè)輸入結(jié)構(gòu)體如下：

struct Input {float2 uv_MainTex;};

通過(guò)簡(jiǎn)單地創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體，我們告訴系統(tǒng)當(dāng)我們每次調(diào)用surf函數(shù)時(shí)，獲取MainTex在該像素的紋理坐標(biāo)。如果我們有第二個(gè)紋理叫做—_OtherTexture，我們可以通過(guò)在輸入結(jié)構(gòu)體中添加下面代碼得到它的紋理坐標(biāo)

struct Input {float2 uv_MainTex;float2 uv_OtherTexture;};

如果對(duì)于其他紋理，我們有第二套紋理坐標(biāo)，我們可以這樣做：

struct Input {float2 uv_MainTex;float2 uv2_OtherTexture;};

此時(shí)對(duì)于我們所使用的所有紋理，我們的輸入結(jié)構(gòu)體包含一套u(yù)v坐標(biāo)或者一套u(yù)v2坐標(biāo)。

如果我們的shader很復(fù)雜并且需要知道像素的其他相關(guān)信息，我們就可以將以下變量包含在輸入結(jié)構(gòu)體中，以此來(lái)查詢其他的相關(guān)變量。

• float3?viewDir?–?視圖方向( view direction)值。為了計(jì)算視差效果（Parallax effects），邊緣光照（rim lighting）等，需要包含視圖方向（view direction）值。
• float4? with COLOR semantic（比如float4 currentColor，即用戶自定義和顏色相關(guān)的變量名稱） – 每個(gè)頂點(diǎn)（per-vertex）顏色的插值。
• float4 screenPos?– 為了反射效果，需要包含屏幕空間中的位置信息
• float3 worldPos?– 世界空間中的位置
• float3 worldRefl?– 世界空間中的反射向量。如果表面著色器(surface shader) 不為SurfaceOutput結(jié)構(gòu)中的Normal賦值，將包含這個(gè)參數(shù)。
• float3 worldNormal?– 世界空間中的法線向量(normal vector)。如果表面著色器(surface shader) 不為SurfaceOutput結(jié)構(gòu)中的Normal賦值，將包含這個(gè)參數(shù)。
• INTERNAL_DATA?– 相對(duì)于上面的float3 worldRefl和float3 worldNormal，如果表面著色器為SurfaceOutput結(jié)構(gòu)中的Normal賦值了，將使用該參數(shù)。為了獲得基于每個(gè)頂點(diǎn)法線貼圖( per-pixel normal map)的反射向量(reflection vector)需要使用世界反射向量(WorldReflectionVector (IN, o.Normal))，其中o.Normal表示的是切空間的法向量，而非世界坐標(biāo)系下的法向量。
• 你可能會(huì)問(wèn)上面的COLOR semantic是什么意思？當(dāng)你寫一個(gè)正常的片段著色器時(shí)，你得告訴別人你的輸入結(jié)構(gòu)體每個(gè)變量代表什么意思？如果你夠瘋狂，你可以試試下面這樣定義：float2 MyUncleFred : TEXCOORD0; 并告訴別人MyUncleFred表示該模型的uv坐標(biāo)。（畫外音就是這種變量命名方式很令人費(fèi)解）在表面著色器中你唯一擔(dān)心的就是對(duì)COLOR類型的定義。float4 currentColor : COLOR;可以看做目前已經(jīng)經(jīng)過(guò)插值后的像素顏色。當(dāng)然你也可以不用關(guān)心這些，不過(guò)建議你命名上最好規(guī)范些，方便自己也方便別人。

該shader實(shí)際做了哪些事？

現(xiàn)在我們還有兩行代碼沒(méi)有詳細(xì)討論：

Sampler2D _MainTex;

對(duì)每一個(gè)屬性值，我們定義了屬性值區(qū)域(Properties Section)，該區(qū)域用來(lái)定義CG程序中使用的變量。在使用中，我們必須保證屬性名稱一致。

注意輸入結(jié)構(gòu)體中的uv_MainTex是uv+對(duì)應(yīng)屬性值（文中為_MainTex，注意前面帶下劃線是CG官方推薦的寫法），如果你使用uv2，那將寫作uv2_MainTex。注意Sampler2D _MainTex中的_MainTex變量是一個(gè)Sampler2D(這個(gè)Sampler2D，可以理解為引用一個(gè)2D Texture)，它引用了Properties中的_MainTex(譯者注：注意兩者同名。解釋通了sampler2D是什么之后，還需要解釋下為什么在這里需要一句對(duì)_MainTex的聲明，之前我們不是已經(jīng)在Properties里聲明過(guò)它是貼圖了么。答案是我們用來(lái)實(shí)例的這個(gè)shader其實(shí)是由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的塊組成的，外層的屬性聲明，回滾等等是Unity可以直接使用和編譯的ShaderLab；而現(xiàn)在我們是在CGPROGRAM...ENDCG這樣一個(gè)代碼塊中，這是一段CG程序。對(duì)于這段CG程序，要想訪問(wèn)在Properties中所定義的變量的話，必須使用和之前變量相同的名字進(jìn)行聲明。于是其實(shí)sampler2D _MainTex;做的事情就是再次聲明并鏈接了_MainTex，使得接下來(lái)的CG程序能夠使用這個(gè)變量。)，他可以根據(jù)指定的uv坐標(biāo)來(lái)提供對(duì)應(yīng)紋理上的像素值，而此處uv_MainTex的作用就是提供紋理_MainTex的uv坐標(biāo)值。

如果我們定義了一個(gè)_Color變量，我們可以定義它的屬性為

float4 _Color;

我們surf函數(shù)中唯一一行代碼

o.Albedo = tex2d( _MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;

tex2d的作用是利用IN.uv_MainTex所代表的uv坐標(biāo)（注意我們上面指定了uv坐標(biāo)產(chǎn)生的方式，所以此處的IN.uv_MainTex是自動(dòng)生成的）對(duì)紋理_MainTex進(jìn)行采樣。此處，對(duì)于o.Albedo我們只取顏色分量中的rgb三分量，其中alpha值（透明度）目前不需要，至少對(duì)于非透明物體alpha值得作用不大。

如果你要設(shè)置alpha值的話，可以像下面這樣賦值

float4 texColor = tex2d( _MainTex, IN.uv_MainTex );o.Albedo = texColor.rgb;o.Alpha = texColor.a;

總結(jié)

你已經(jīng)了解了很多的術(shù)語(yǔ)，但是目前我們所寫的shader還相當(dāng)有限，但是當(dāng)學(xué)習(xí)完第二部分教程后，我們就可以做一些很酷炫的shader了，因?yàn)榈诙糠治覀儗㈤_始使用多重紋理，法向量等等酷炫技術(shù)。

• 在第二部分中，我們創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)現(xiàn)積雪效果的shader，根據(jù)積雪的程度來(lái)修改模型，以呈現(xiàn)不同效果。
• 在第三部分我們改進(jìn)了我們的shader來(lái)混合巖石邊緣的積雪。
• 在第四部分，我們使用黑色邊緣和漸變紋理來(lái)創(chuàng)建了具有卡通效果的shader。
• 在第五部分，我們創(chuàng)建了一個(gè)頂點(diǎn)/片段多通道凹凸紋理著色器(vertex/fragment multipass bumped shader) – 其復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越表面著色器
• 在第六部分，我們創(chuàng)建了一個(gè)頂點(diǎn)/片段著色器(vertex/fragment shader)來(lái)制作相比于我們第四部分使用表面著色器制作的卡通效果shader更好的shader。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【译】Unity3D Shader 新手教程(1/6)的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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