ShaderLab 关键点记录

ShaderLab 是 Unity 中用于编写着色器的语言。着色器是运行在 GPU 上的程序，负责处理渲染流水线中的各种图形计算。理解 ShaderLab 的关键概念和技术细节，对于开发高效、复杂的图形效果至关重要。本文将详细记录 ShaderLab 的关键点，帮助开发者深入掌握这门语言。

ShaderLab 基础

1. ShaderLab 结构

一个 ShaderLab 文件通常由以下几个部分组成：

• Shader 名称：定义着色器的名称。
• Properties：定义着色器可调节的属性。
• SubShader：定义具体的渲染过程。
• Pass：定义一个渲染通道。

示例结构：

Shader "Custom/MyShader" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader {
        Pass {
            // Shader code here
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

2. Properties

Properties 用于在 Inspector 窗口中暴露变量，方便调节。常见类型包括：

• Color：颜色。
• Vector：向量。
• Range：范围值。
• Float：浮点数。
• 2D：2D 纹理。

示例：

Properties {
    _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    _Shininess ("Shininess", Range(0.03, 1)) = 0.078125
}

3. SubShader 和 Pass

SubShader 包含一个或多个 Pass，每个 Pass 代表一个渲染步骤。

• SubShader：用于定义多种渲染路径，以适应不同的硬件。
• Pass：包含具体的渲染指令。

示例：

SubShader {
    Tags { "RenderType"="Opaque" }
    Pass {
        CGPROGRAM
        #pragma vertex vert
        #pragma fragment frag
        // Vertex and fragment shader code
        ENDCG
    }
}

CG/HLSL 代码

ShaderLab 中嵌入的 CG 或 HLSL 代码用于编写具体的顶点和片段着色器。

1. 顶点着色器

顶点着色器负责处理顶点属性，如位置、法线等。

示例：

struct appdata {
    float4 vertex : POSITION;
    float3 normal : NORMAL;
};

struct v2f {
    float4 pos : SV_POSITION;
    float3 normal : TEXCOORD0;
};

v2f vert (appdata v) {
    v2f o;
    o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    o.normal = v.normal;
    return o;
}

2. 片段着色器

片段着色器负责计算每个像素的颜色。

示例：

float4 frag (v2f i) : SV_Target {
    return float4(i.normal, 1.0);
}

常用指令和技巧

1. #pragma 指令

用于控制编译器行为，如定义顶点和片段着色器入口。

• #pragma vertex vert：定义顶点着色器入口。
• #pragma fragment frag：定义片段着色器入口。

2. 内置变量

Unity 提供了一些内置变量，方便在着色器中使用。

• UNITY_MATRIX_MVP：模型视图投影矩阵。
• unity_ObjectToWorld：对象到世界坐标的变换矩阵。

3. 纹理采样

使用 tex2D 函数进行纹理采样。

示例：

sampler2D _MainTex;
float4 frag (v2f i) : SV_Target {
    float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
    return texColor;
}

4. 多通道渲染

使用多个 Pass 进行复杂的多通道渲染。

示例：

SubShader {
    Pass {
        // First pass
    }
    Pass {
        // Second pass
    }
}

实用例子：Phong 着色器

一个简单的 Phong 着色器示例，展示了基本的光照计算。

Shader "Custom/PhongShader" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
        _Shininess ("Shininess", Range(0.03, 1)) = 0.078125
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        Pass {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            struct appdata {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD0;
                float2 uv : TEXCOORD1;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _Color;
            float _Shininess;

            v2f vert (appdata v) {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }

            float4 frag (v2f i) : SV_Target {
                float3 normal = normalize(i.normal);
                float3 lightDir = normalize(float3(0.0, 0.0, 1.0));
                float3 viewDir = normalize(float3(0.0, 0.0, 1.0));

                // Diffuse
                float diff = max(dot(normal, lightDir), 0.0);

                // Specular
                float3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
                float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), _Shininess);

                // Texture and color
                float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
                float4 color = _Color * texColor;
                color.rgb *= diff;
                color.rgb += spec;

                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

分析说明表

总结

ShaderLab 是 Unity 中创建和管理着色器的核心工具。通过理解其基本结构、常用属性和关键技术，开发者可以创建出各种复杂的图形效果。从基础的颜色和纹理处理，到高级的光照和多通道渲染，ShaderLab 提供了强大的功能和灵活性。希望本文记录的关键点能帮助您更好地掌握 ShaderLab，提高图形编程的效率和效果。