Unity3D Shader基础教程

时间  2019-11-17
标签 unity3d unity shader 基础 教程 繁體版
原文   原文链接

原文地址：http://bbs.9ria.com/thread-212557-1-1.htmlhtml

此教程将指引你如何创建本身的Shaders，让你的游戏场景看起来更好。Unity配备了强大的阴影和材料的语言工具 称为ShaderLab，以程式语言来看，它相似于CgFX和Direct3D的语法，它不仅纪录基本的端点或者映像点(vertex/pixel)资 讯，也描述了材质所必要的一切资讯。编程

 

在unity材质检视器中能够看到Shaders的性质及多重shader(SubShaders)的描述，针对不一样图 形硬件，每一个描述也都完整的说明了图形硬件的彩现状态，fixed function pipeline如何设定、vertex/ fragment programs如何做用。 Vertex and fragment程序可使用高阶Cg程式语言或低阶shader组合。app

 

在这个教程中，咱们将描述如何使用fixed function与programmable pipelines两种方式于ShaderLab中撰写shaders，咱们假设读者拥有基本的OpenGL或Direct3D彩现概念，并对cg有 fixed function与programmable pipelines的常识，HLSL或GLSL编程语言技术，一些Shader教程与参考文件可于NVIDIA以及AMD的开发站上取得。编程语言

 

创建一个新的shader有两种方法，能够由菜单Assets->Create->Shader新增，或复制一个既有的shader再进行编辑，新的shader能够透过双击来启动编辑画面(UniSciTE)函数

 

下面开始介绍一个基础的shader范例：工具

 

  1. Shader "Tutorial/Basic" {
  2. Properties {
  3. _Color ("Main Color", Color) = (1,0.5,0.5,1)
  4. }
  5. SubShader {
  6. Pass {
  7. Material {
  8. Diffuse [_Color]
  9. }
  10. Lighting On
  11. }
复制代码


着色器：开始
性能

  1. }
  2. }
  3. Shader "Tutorial/Basic" {
  4. Properties {
  5. _Color ("Main Color", Color) = (1,0.5,0.5,1)
  6. }
  7. SubShader {
  8. Pass {
  9. Material {
  10. Diffuse [_Color]
  11. }
  12. Lighting On
  13. }
  14. }
  15. }
复制代码


这个shader范例只是众多shader中最基本的一个，它定义了一个颜色性质，名称为Main Color，并指定了玫瑰色的效果(red=100% green=50% blue=50% alpha=100%)，在调用时会跳过Diffuse的材质设定(_Color)并开启顶点光源。测试

 

要测试这个shader，你能够创建一个新的材质，并于Shader下拉菜单选择(Tutorial->Basic)，再把这个新材质指定到物件上，拖拉材质检视器的颜色表并查看其变化。是时候研究更复杂的事情了！this

 

假如你开启一个既有的复合shader，刚开始看可能会以为有点难，在开始之前，咱们将详细说明unity内建的VertexLit shader。这个shader使用fixed function pipeline产生标准的per-vertex照明。编码

 

  1. Shader "VertexLit" {
  2. Properties {
  3. 2
  4. _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,0.5)
  5. _SpecColor ("Spec Color", Color) = (1,1,1,1)
  6. _Emission ("Emmisive Color", Color) = (0,0,0,0)
  7. _Shininess ("Shininess", Range (0.01, 1)) = 0.7
  8. _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" { }
  9. }
  10. SubShader {
  11. Pass {
  12. Material {
  13. Diffuse [_Color]
  14. Ambient [_Color]
  15. Shininess [_Shininess]
  16. Specular [_SpecColor]
  17. Emission [_Emission]
  18. }
  19. Lighting On
  20. SeperateSpecular On
  21. SetTexture [_MainTex] {
  22. constantColor [_Color]
  23. Combine texture * primary DOUBLE, texture * constant
  24. }
  25. }
  26. }
  27. }
  28. Shader "VertexLit" {
  29. Properties {
  30. _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,0.5)
  31. _SpecColor ("Spec Color", Color) = (1,1,1,1)
  32. 3
  33. _Emission ("Emmisive Color", Color) = (0,0,0,0)
  34. _Shininess ("Shininess", Range (0.01, 1)) = 0.7
  35. _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" { }
  36. }
  37. SubShader {
  38. Pass {
  39. Material {
  40. Diffuse [_Color]
  41. Ambient [_Color]
  42. Shininess [_Shininess]
  43. Specular [_SpecColor]
  44. Emission [_Emission]
  45. }
  46. Lighting On
  47. SeperateSpecular On
  48. SetTexture [_MainTex] {
  49. constantColor [_Color]
  50. Combine texture * primary DOUBLE, texture * constant
  51. }
  52. }
  53. }
  54. }
复制代码


全部的shaders都必须以Shader做为开始，接着是这个shader的名称(例如：VertexLit)，这个名称将会显示于检视器(Inspector)。全部的语法都必须放在{ }以内。

 

若是要把shaders放在unity的submenus下面，请使用斜线，例如：MyShaders/Test，你将 会看到有个submenu名为MyShaders，下面有个shader名为Test，或是像这样MyShaders->Test在 Properties block下面接着的是SubShader block，每一个描述都在这个段落中

 


Properties
properties位于shader block一开始的位置，你能够定义任何性质，这些性质将可在材质检视器中编辑，在VertexLit的个范例中，properties block看起来像这样：

 

2.jpg

 

properties block内的语法都是单行的，每个性质描述都由内名称开始(例如：Color,MainTex)，在后方的括弧号中所显示的名字也会显示于inspector检视器上，在此以后，描述的是该性质的预设值：

shader_2.jpg


可用的性质类型请参考Properties Reference。预设值与性质有关，以color为例，预设值应该由四个值组成。

 

如今咱们已经定义了四个性质，能够开始撰写实际的shader了在开始之前，先了解shader的结构是如何定义的。

 

不一样的绘图卡有不一样的能力，例如：有的绘图卡支援fragment programs但有些没有，有些能够一次处理四个贴图?(four textures)其余的可能只能处理两个或一个，为了要符合全部用户的硬体需求，一个shader能够包涵多个SubShaders，当unity在运 算shader时，它将详细察看全部的subshaders并且使用硬体可支持的第一个。

 

  1. Shader "Structure Example" {
  2. Properties { /* ...shader properties... }
  3. SubShader {
  4. // ...subshader that uses vertex/fragment programs...
  5. }
  6. SubShader {
  7. // ...subshader that uses four textures per pass...
  8. }
  9. SubShader {
  10. // ...subshader that uses two textures per pass...
  11. }
  12. SubShader {
  13. // ...subshader that might look ugly but runs on anything : )
  14. }
  15. }
  16. Shader "Structure Example" {
  17. Properties { /* ...shader properties... }
  18. SubShader {
  19. // ...subshader that uses vertex/fragment programs...
  20. }
  21. SubShader {
  22. // ...subshader that uses four textures per pass...
  23. }
  24. SubShader {
  25. // ...subshader that uses two textures per pass...
  26. }
  27. SubShader {
  28. // ...subshader that might look ugly but runs on anything : )
  29. 6
  30. }
  31. }
复制代码


此系统提供unity能够支援现有全部的硬体并取得最佳的品质。它做到了，然而，结果是必须撰写很长的shaders语法在每个SubShader block，你能够设定彩现途径的状态；并定义彩现途径自己。完整的SubShader语法请参照SubShader Reference章节
每一个subshader等因而一个途径集。要对几何物件进行彩现，至少必定要有一个途径，内定的VertexLit shader里面仅有一个途径：

 

  1. view plaincopy to clipboardprint?
  2. // ...snip...
  3. Pass {
  4. Material {
  5. Diffuse [_Color]
  6. Ambient [_Color]
  7. Shininess [_Shininess]
  8. Specular [_SpecColor]
  9. Emission [_Emission]
  10. }
  11. Lighting On
  12. SeperateSpecular On
  13. SetTexture [_MainTex] {
  14. constantColor [_Color]
  15. Combine texture * primary DOUBLE, texture * constant
  16. }
  17. }
  18. // ...snip...
  19. // ...snip...
  20. 7
  21. Pass {
  22. Material {
  23. Diffuse [_Color]
  24. Ambient [_Color]
  25. Shininess [_Shininess]
  26. Specular [_SpecColor]
  27. Emission [_Emission]
  28. }
  29. Lighting On
  30. SeperateSpecular On
  31. SetTexture [_MainTex] {
  32. constantColor [_Color]
  33. Combine texture * primary DOUBLE, texture * constant
  34. }
  35. }
  36. // ...snip...
复制代码


经过指令能够定义一个特殊的方法，用来驱动绘图硬体彩现指定的几何物件

例如：上方语法中有一个Material block，定义了照明时所须要几项固定参数。而指令LightingOn用来开启该照明设备，SeperateSpecular On则是启用Seperate做为特殊镜射效果。到目前为止的全部命令，皆属于支援OpenGL/Direct3D技术硬体自己可以使用的固定功能，您能够 参考OpenGL红皮书，能够找到更多相关资料。

 

下一个命令是SetTexture，这是个很是重要的命令，这个命令能够定义影像纹理如何混合、组合以及如何运用于咱们 的彩现环境里，SetTexture一般跟随于纹理的属性名称以后(咱们在这里使用_MainTex )，接下来的combiner block也是定义纹理的应用方式，这个combiner block的命令会在萤幕显示每个被执行的动做。

 

让咱们开始了一个着色器的通常结构小回顾：

  1. Shader "MyShaderName" {
  2. Properties {
  3. // ... properties here ...
  4. }
  5. SubShader {
  6. // ... subshader for graphics hardware A ...
  7. Pass {
  8. // ... pass commands ...
  9. }
  10. // ... more passes if needed ...
  11. }
  12. SubShader {
  13. // ... subshader for graphics hardware B ...
  14. }
  15. // ... Optional fallback ...
  16. FallBack "VertexLit"
  17. }
复制代码


最后，咱们在这里引入一个新的命令：
FallBack "VertexLit"
回退命令可用于在着色结束，它告诉它应该使用着色若是从目前的着色没有SubShaders能够运行在用户的图形硬件。其效果是同样的，包括在年末从后备 着色全部SubShaders相同。例如，若是你写了颠簸映射着色，而后不要写成一个很是基本的非凹凸映射的老显卡你能够回退到subshader内置 VertexLit着色。

 

该着色的基本构建块，介绍了在第一渲染教程，而性能完整的文件，SubShaders并经过提供。阿建设 SubShaders快速方法是使用证在其余着色器定义。该命令UsePass正是如此，因此你能够重用一个整洁时尚着色器代码。做为一个例子下面的命令 使用的名称，经过“基地”从内置的镜面着色：

  1. UsePass "Specular/BASE"
复制代码

 

着色：顶点和片断程序

为了UsePass为了工做，这个名字必须考虑的一个传递但愿使用。经过名称内的命令给它一个名字：

  1. Name "MyPassName"
复制代码


顶点和片断方案
咱们描述了经过该只使用一个单一的纹理相结合的第一个教程指令。如今是时候证实咱们如何可以经过使用咱们的顶点和片断方案。
当您使用顶点和片断程序（即所谓“可编程管线”），大部分的硬编码功能（“固定功能管线”）在图形硬件已关闭。例如，使用一个顶点程序关闭标准3D变换， 灯光和纹理坐标生成彻底。一样地，使用任何一个片断程序替换纹理相结合，将在SetTexture命令定义的模式，所以SetTexture命令是没有必 要的。


写做顶点/片段程序须要一个三维转换，照明和协调空间 - 透彻的认识，由于你必须重写固定功能是同样的OpenGL的API将本身的建造。另外一方面，你能够作更多比内置的！

 

利用ShaderLab Cg语言
在ShaderLab着色器一般用Cg语言嵌入“Cg的片断着色器中的文本”的编程语言。 Cg的片断被编译成低级的统一着色器组装编辑，最后着色是在你的游戏的数据中包含的文件只包含这个低层次的组装。

 

当您选择一个项目视图着色，检查员Cg语言编译后显示，这可能有助于在调试援助着色文本。统一自动编译的CG OpenGL和Direct3D的片断，因此你的着色器，使用Cg的工做都将只。请注意，由于企业管治守则是由编辑编译，你不能建立Cg的从脚本在运行时着色器。


通常来讲，Cg的片断放在里面通行证块。他们看起来像这样：

  1. Pass {
  2. // ... the usual pass state setup ...
  3. CGPROGRAM
  4. // compilation directives for this snippet, e.g.:
  5. #pragma vertex vert
  6. #pragma fragment frag
  7. // the Cg code itself
  8. 2
  9. ENDCG
  10. // ... the rest of pass setup ...
  11. }
复制代码


下面的例子演示了一个Cg的方案，使得对象的颜色正常人彻底着色：

  1. Shader "Tutorial/Display Normals" {
  2. SubShader {
  3. Pass {
  4. CGPROGRAM
  5. #pragma vertex vert
  6. #pragma fragment frag
  7. #pragma fragmentoption ARB_fog_exp2
  8. #include "UnityCG.cginc"
  9. struct v2f {
  10. V2F_POS_FOG;
  11. float3 color : COLOR0;
  12. };
  13. v2f vert (appdata_base v)
  14. {
  15. v2f o;
  16. PositionFog( v.vertex, o.pos, o.fog );
  17. o.color = v.normal * 0.5 + 0.5;
  18. return o;
  19. }
  20. half4 frag (v2f i) : COLOR
  21. {
  22. return half4( i.color, 1 );
  23. }
  24. ENDCG
  25. }
  26. }
  27. Fallback "VertexLit"
  28. }
复制代码



当应用于一个对象，将图像中的结果以下（若是您的图形卡支持顶点和片断的过程当中方案）：

 

1.jpg


咱们的“平均值显示”着色没有任何属性，包含一个是空的，除了单一的企业管治守则证单SubShader。最后，向在VertexLit着色器内置的定义后备。让咱们解剖了部分企业管治守则的一部分：

  1. CGPROGRAM
  2. #pragma vertex vert
  3. #pragma fragment frag
  4. #pragma fragmentoption ARB_fog_exp2
  5. // ... snip ...
  6. ENDCG
复制代码


整个Cg的片断之间写入CGPROGRAM和ENDCG关键字。在开始编译指令＃pragma指令给出：
#pragma vertex name告诉该代码包含在给定的函数（垂直这里顶点方案）。
#pragma fragment name告诉该代码包含在给定的函数有关水土这里（片段程序）。
#pragma fragmentoption name加上一个选项来编译OpenGL的片断方案。在这里，咱们添加指数平方雾支持。

 

继汇编指令只是普通企业管治守则。咱们首先包括一个内置的Cg的文件：
#include UnityCg.cginc

 

该文件包含经常使用UnityCg.cginc宣言等的着色器能够保持较小的功能。该文件自己是统一内发现的应用：/应用程 序/统一/ Unity.app /目录/ CGIncludes / UnityCG.cginc。在这里，咱们将使用appdata_base结构，V2F_POS_FOG宏观和PositionFog从该文件助手做用。 咱们能够只定义它们直接在着色，不包括文件的过程。

接下来，咱们要定义一个片断“顶点”结构（这里命名为v2f） - 什么样的信息是从顶点传递到片段程序。咱们经过标准的地位和雾参数和float3颜色参数。颜色将计算出的顶点程序和公正的片断程序的输出。

 

咱们的出发定义的顶点程序 - 垂直功能。在这里，咱们在计算标准方法使用UnityCG.cginc辅助功能（位置和雾）输入和输出做为一种颜色正常的：

  1. ! o.color = v.normal * 0.5 + 0.5;
复制代码


正常的组成部分是-1 .. 1范围内，而色彩在0 .. 1范围内，因此咱们在规模和偏见的代码高于正常。接下来，咱们定义一个片段程序 - 有关水土功能，只是颜色和产出计算为alpha组件1：

  1. half4 frag (v2f i) : COLOR
  2. {
  3. return half4( i.color, 1 );
  4. }
复制代码


就这样，咱们的着色完毕！即便这样简单的着色器是很是有用的可视化网格法线。

 

固然，这种着色不响应全部灯光，而这其中，事情变得有点复杂，对渲染管线和光衰减有关详细信息，参考网页阅读。
企业管治守则中使用着色性能当你定义的着色性能，你给他们一个像_Color或_MainTex名称。要使用Cg语言你他们只须要定义一
个匹配的名称和类型的变量。统一将自动设置Cg的变量的名称与着色性能匹配。

下面是一个完整的着色器显示的颜色调制纹理。固然，你能够很容易地作一个纹理合成调用相同的，但问题是这里只是为了说明如何使用Cg的属性：

  1. Shader "Tutorial/Textured Colored" {
  2. Properties {
  3. _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,0.5)
  4. _MainTex ("Texture", 2D) = "white" { }
  5. 5
  6. }
  7. SubShader {
  8. Pass {
  9. CGPROGRAM
  10. #pragma vertex vert
  11. #pragma fragment frag
  12. #pragma fragmentoption ARB_fog_exp2
  13. #include "UnityCG.cginc"
  14. float4 _Color;
  15. sampler2D _MainTex;
  16. struct v2f {
  17. V2F_POS_FOG;
  18. float2 uv : TEXCOORD0;
  19. };
  20. v2f vert (appdata_base v)
  21. {
  22. v2f o;
  23. PositionFog( v.vertex, o.pos, o.fog );
  24. o.uv = TRANSFORM_UV(0);
  25. return o;
  26. }
  27. half4 frag (v2f i) : COLOR
  28. {
  29. half4 texcol = tex2D( _MainTex, i.uv );
  30. return texcol * _Color;
  31. }
  32. ENDCG
  33. }
  34. }
  35. Fallback "VertexLit"
  36. }
复制代码


这种着色结构是在前面的例子同样。在这里，咱们定义两个属性，即_Color和_MainTex。企业管治守则内咱们定义相应的变量：

  1. float4 _Color;
  2. sampler2D _MainTex;
复制代码


访问中看到着色性能更多信息，Cg语言。

 

顶点和片断程序在这里不作任何幻想;顶点程序使用从UnityCG.cginc的TRANSFORM_UV宏，以确保质 地规模与偏移是正确应用，并片段程序公正样品的质地和颜色属性的繁殖。请注意，由于咱们正在编写咱们本身的节目片断在这里，咱们不须要任何 SetTexture命令。如何纹理着色器适用于彻底控制的片段程序。

摘要
咱们已经展现了如何定制着色器程序能够在几个简单的步骤产生。虽然这里的例子所示很简单，没有什么阻止你写任意复杂的着色器程序！这能够帮助您采起统一充分利用，实现最佳的渲染效果。

完整的ShaderLab参考手册在这里。咱们也有一个阴影在forum.unity3d.com论坛，从而去那里获得你的着色器的帮助！编程快乐，享受团结和Shaderlab权力。

在这个block内咱们设定了一个颜色值，并命名为_Color，咱们会在后面使用这个颜色

在下个命令，咱们指定如何混合纹理以及颜色值。咱们用Combine命令来混合其余纹理或颜色，看起来像下面这样：
Combine ColorPart, AlphaPart在这里ColorPart与AlphaPart定义了混合的颜色(RGB)以及alpha值(A)个别的资料，假如AlphaPart 被省略了，那它将与ColorPart的资料做混合在咱们的VertexLit范例中：

  1. Combine texture * primary DOUBLE, texture * constant
复制代码


这里的texture来源是当前的纹理(_MainTex)，它将与主要的颜色互相搭配(*)，主色为照明设备的颜色，它是由Material计算出来的 结果。最终是这两个倍增后的结果会增长照明强度.aplha值(在逗号之后)是由constantColor倍增而得的结果。另外一个经常使用的混合模式称为 previous(在这个shader未使用)，这是全部previous SetTexture的结果，而且能够用来混合多种纹理和颜色。

 

3.jpg

相关文章
相关标签/搜索
每日一句
    每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
本站公众号
   欢迎关注本站公众号,获取更多信息
联系我们 最近搜索 最新文章 沪ICP备13005482号-10 MyBatis教程 SQL 教程 MySQL教程 Java 教程 Thymeleaf 教程 Hibernate教程 Spring教程 Redis教程