Unity Shader——Writing Surface Shaders(0)

时间 2019-12-09

标签 unity shader writing surface shaders 栏目 Microsoft Surface 繁體版

原文原文链接

　　从今天起，开始翻译Unity关于shader的官方文档。翻译水平比较通常，目的主要是经过翻译来提高对shader的看法，也让其余人更容易的了解shader。如下开始正文内容：html

编写Surface Shaders

　　和光交互的shader写起来很复杂，有不一样的光照类型、阴影选项、渲染路径（正向渲染和延迟渲染），有时shader须要考虑全部的复杂性。数据结构

　　Unity中的Surface Shader是一个代码生成器，用它来写光照shader（lit shader）相比于使用低阶的顶点/像素shader（vertex/pixel shader）程序，会更加容易。注意Surface Shader中并无固定的语言和奇幻的东西（magic or ninjas involved）。它仅仅是生成本来必须由手工重复编写的代码。你也能够用Cg/HLSL来写shader代码。app

　　这里有一些例子： Surface Shader Examples、Surface Shader Custom Lighting Examples。函数

它如何工做

　　你定义一个“surface 函数”，其输入是你所须要的任意UVs或数据，输出是SurfaceOutput数据结构。SurfaceOutput简单地描述了surface的属性（properties of the surface），如反射率颜色（albedo color）、法线（normal）、散射（emission）、镜面反射（specularity ）等。学习

　　Surface Shader编译器会肯定须要什么输入，有什么输出等，也会产生实际的顶点&像素shader（vertex&pixel shaders），以及渲染路径来处理正向和延迟渲染。测试

　　surface标准的输出结构以下：动画

struct SurfaceOutput
2 { 3 fixed3 Albedo; // 漫反射颜色 4 fixed3 Normal; // 切线空间法线，若是赋值的话 5 fixed3 Emission; 6 half Specular; // 高光强度，范围是0-1 7 fixed Gloss; // specular intensity 8 fixed Alpha; // 透明度 9 };

　　在Unity 5中，surface shader 也能使用物理光照模型。内建的标准和标准镜面光照模型（见下文）分别使用如下输出结构：spa

struct SurfaceOutputStandard
{
    fixed3 Albedo;      // 基础 (漫反射或镜面反射) 颜色
    fixed3 Normal;      // 切线空间法线，若是赋值的话
 half3 Emission; half Metallic; // 0=非金属, 1=金属 half Smoothness; // 0=粗糙, 1=光滑 half Occlusion; // 遮挡(默认1) fixed Alpha; // 透明度 }; struct SurfaceOutputStandardSpecular { fixed3 Albedo; // 漫反射颜色 fixed3 Specular; // 镜面反射颜色 fixed3 Normal; // 切线空间法线，若是赋值的话  half3 Emission; half Smoothness; // 0=粗糙, 1=光滑 half Occlusion; // 遮挡(默认1) fixed Alpha; // 透明度 };

例子

　　参见：Surface Shader Examples, Surface Shader Custom Lighting Examples and Surface Shader Tessellation。翻译

Surface Shader编译指令

　　Surface shader放在CGPROGRAM..ENDCG块中，就像其余任何的shader同样。不一样处在于：3d

它必须放在SubShader块中，而不是Pass中。Surface shader将会自动编译进多个pass中。
它使用#pragma surface ...指令来指示它是Surface shader。

　　#pragma surface指令以下：

#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

必须参数

surfaceFunction — 拥有surface shader代码的Cg函数。此函数应有这样的格式：void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)，其中Input是你定义好的结构，它应该包含任何纹理坐标以及surface函数所需的额外的自动变量。

Custom Lighting Models

标准光照模型使用SurfaceOutputStandard输出结构，并匹配Unity中的标准（金属工做流）shader。
标准镜面光照模型使用SurfaceOutputStandardSpecular输出结构，并匹配Unity中的标准（高光设置）shader。
Lambert和BinnPhong光照模型是不基于物理的（来自Unity 4.x），可是使用它们的shader在低配电脑上可以渲染地更快。

可选参数

　　透明度和alpha测试（Transparency and alpha testing）由alpha和alphatest指令控制。一般透明度有两种类型：传统alpha混合（用于对象淡出）或更逼近物理的“混合预乘”（容许半透明的表面保持合适的镜面反射）。开启半透明度使得产生的surface shader代码包含blending指令：基于给定的变量，开启alpha裁剪将会在生成的像素shader中进行碎片丢弃。

alpha 或 alpha:auto — 将会选择fade-transparency (同alpha:fade)做为简单的光照函数，选择premultiplied transparency (同alpha:premul)做为物理光照函数。
alpha:fade — 容许传统的透明度渐隐。
alpha:premul — 容许预乘alpha透明度。
alphatest:VariableName — 容许alpha裁剪透明度。截断值是一个名为VariableName的float类型变量。你还可使用addshadow指令来生成合适的投影通道。
keepalpha — 默认alpha通道中的不透明度为1.0（白色），不管输出结构中的Alpha是多少或者光照函数的返回值是多少。
decal:add — 附加的贴花shader（如terrain AddPass）。这对位于其余表面正上方和使用附加混合的对象来讲是有意义的。
decal:blend — 半透明贴花shader。这对位于其余表面正上方和使用alpha混合的对象来讲是有意义的。

　　定制修改器函数（Custom modifier functions）可以用来改变或者计算输入的顶点数据，或者改变最终计算出的片断颜色。

vertex:VertexFunction — 定制顶点修改器函数. 此函数在生成的顶点shader的开始处被调用，能够修改或计算预顶点数据，参见 Surface Shader Examples。
finalcolor:ColorFunction — 定制的最终颜色修改器函数。参见Surface Shader Examples。

　　阴影和镶嵌（Shadows and Tessellation）— 附加指令，用于控制阴影和镶嵌的处理。

addshadow — 生成一个投影通道。通常还要使用定制顶点修改器，这样投影也能获取任何程序上的顶点动画。当shader经过fallback来使用投影时，一般不须要任何特别的阴影处理。
fullforwardshadows — 支持 Forward 渲染路径中全部的光照阴影模型。默认shader只支持正向渲染中来自单方向光产生的阴影。若是你须要用点光源或聚光光源来产生阴影，使用该指令。
tessellate:TessFunction — 使用DX11 GPU 镶嵌; 该函数计算镶嵌因子。详情参见 Surface Shader Tessellation。

　　代码生成选项 — 默认生成的surface shader代码会尝试去处理全部可能的光照/阴影/光照贴图场景。尽管如此，在某些状况下你并不须要其中一些，你能够调整生成的代码来跳过它们。这样就能产生更小、加载速度更快的shader。

exclude_path:deferred, exclude_path:forward, exclude_path:prepass - 对于给定的渲染路径(分别是Deferred Shading, Forward 和 Legacy Deferred)，不生成相应的通道。
noshadow — 在此shader中关闭全部支持阴影功能。
noambient — 不该用任何环境光或光照探测（light probes）。
novertexlights — 不在正向渲染中应用任何光照探测或预顶点光照。
nolightmap — 在此shader中关闭全部支持光照贴图功能。
nodynlightmap — 在此shader中关闭支持运行时动态全局光照（runtime dynamic global illumination）功能。
nodirlightmap - 在此shader中关闭支持方向光照贴图功能。
nofog — 关闭内建的支持全部雾效果功能。
nometa — 不产生“meta”通道（该meta用来由光照贴图和动态全局光照提取表面信息）。
noforwardadd — 关闭Forward 渲染附加通道。这使得shader支持单方向彻底光照，以及全部其余由每一个顶点/SH计算的光照。同时使得shader更小。

　　混合选项

softvegetation — 当柔性植被开启时，surface shader才会被渲染。
interpolateview — 在顶点shader中计算视线方向并进行插值，而不是在像素shader中进行计算。这使得像素shader更快，但会多消耗一个纹理插值器。
halfasview — 将half-direction 向量，而不是视线方向向量，传递给光照函数。Half-direction 将被逐顶点计算和单位化。这会更快，但不会彻底正确。
approxview — 在Unity 5.0中被移除，请用interpolateview 替代。
dualforward - 在forward渲染路径中使用dual lightmaps 。

　　要了解使用上述不一样选项所带来确切的变化，使用Shader Inspector中的“Show Generated Code” 按钮将会有所帮助。

Surface Shader 输入结构

　　输入结构 Input 一般有shader所需的任意纹理坐标。纹理坐标必须命名为“uv”+“纹理名称”（或者以“uv2”开头，来使用第二个纹理坐标集）。

输入结构中还能放入一下额外的变量：

float3 viewDir — 将会包含视线方向，用来计算视差影响，边缘光照等。
float4 with COLOR semantic — 将会包含每一个顶点插值后的颜色。
float4 screenPos — 将会包含反射或屏幕空间影响下的屏幕空间坐标。
float3 worldPos — 将会包含世界空间坐标。
float3 worldRefl — 若是surface shader没有赋值o.Normal，将会包含世界反射向量。参见例子：Reflect-Diffuse shader。
float3 worldNormal — 若是surface shader没有赋值o.Normal，将会包含世界法向量。
float3 worldRefl; INTERNAL_DATA — 若是surface shader没有赋值o.Normal，将会包含世界法向量。为了得到逐像素法线贴图的反射向量，请使用WorldReflectionVector (IN, o.Normal)。参见例子： Reflect-Bumped shader。
float3 worldNormal; INTERNAL_DATA — 若是surface shader没有赋值o.Normal，将会包含世界法向量。为了得到逐像素法线贴图的法向量，请使用WorldNormalVector (IN, o.Normal)。

Surface shaders 和 DirectX 11

　　目前，surface shader编译管道的部份内容并不能理解 DirectX 11-特定的HLSL 语法，因此若是你在使用HLSL特性，诸如StructuredBuffers, RWTextures 和其余非DX9 语法，你必须将之包含在只针对DX11的预处理器宏中。详情参见Platform Specific Differences 。