【Unity3D入门教程】Unity着色器基本使用方法

前言

“Shader即着色器,是一款运行在GPU上的程序,用来对三维物体进行着色处理、光与影的计算、纹理颜色的呈现等,从而将游戏引擎中的一个个作为抽象的几何数据存在的模型、场景和特效,以和真实世界类似的光与影的形式呈现于玩家的眼中。”这段话出自郭浩瑜老师所著《Unity3D ShaderLab开发实战详解(第2版)》。可见着色器是服务于显示阶段的,因此要想能够各家随心所欲地控制显示效果,必须学习着色器。

 

1 着色器是什么

既然我们是入门教程,那我们就不会涉及复杂的渲染理论,而是以最直观的方式把要说的东西说出来。简单来讲,着色器就是把贴图加工成材质的工具。首先,我们知道任何一个物体如果要有一些特殊的视觉效果,需要为其赋予材质(Material),而材质很多情况下是要有贴图(Texture)的,我们所讲的着色器(Shader)可以对Texture进行处理,使其被加工为最终符合要求的Material。如果拿做菜来比喻的话,贴图就是食材,着色器就是菜谱,材质就是做出来的菜。

 

2 表面着色器

表面着色器是一个将多种渲染效果封装起来的着色器。不用自己写顶点和片段的渲染细节,可以快速调整一些参数如金属、高光、贴图等。新建一个材质和一个表面着色器,将着色器拖到材质上。默认的表面着色器shader代码如下:

Shader "Custom/Surface" {
	Properties {
		_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
		_MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
		_Glossiness ("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
		_Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0
	}
	SubShader {
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
		LOD 200
		
		CGPROGRAM
		// Physically based Standard lighting model, and enable shadows on all light types
		#pragma surface surf Standard fullforwardshadows

		// Use shader model 3.0 target, to get nicer looking lighting
		#pragma target 3.0

		sampler2D _MainTex;

		struct Input {
			float2 uv_MainTex;
		};

		half _Glossiness;
		half _Metallic;
		fixed4 _Color;

		void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
			// Albedo comes from a texture tinted by color
			fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
			o.Albedo = c.rgb;
			// Metallic and smoothness come from slider variables
			o.Metallic = _Metallic;
			o.Smoothness = _Glossiness;
			o.Alpha = c.a;
		}
		ENDCG
	}
	FallBack "Diffuse"
}

Properties中是shader的属性,将会在面板上显示,可以手动调整。SubShader是渲染的流程,里面可以设置渲染路径和光照等。里面主要是surf函数,包含对金属感、光滑度的设置。最后是FallBack,表示失败后默认返回漫反射效果。为了展示调参效果,我给材质找了一个金属拉丝效果的贴图。


然后调整参数,观察调整中的效果。


3 顶点片段着色器

顶点片段着色器,顾名思义就是可以控制顶点渲染和片段渲染的着色器。我们新建一个ImageEffectShader。在Project选项卡中选择Create——Shader——ImageEffectShader。

默认的代码如下:

Shader "Hidden/NewImageEffectShader"
{
	Properties
	{
		_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
	}
	SubShader
	{
		// No culling or depth
		Cull Off ZWrite Off ZTest Always

		Pass
		{
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			
			#include "UnityCG.cginc"

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

			struct v2f
			{
				float2 uv : TEXCOORD0;
				float4 vertex : SV_POSITION;
			};

			v2f vert (appdata v)
			{
				v2f o;
				o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
				o.uv = v.uv;
				return o;
			}
			
			sampler2D _MainTex;

			fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
			{
				fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
				// just invert the colors
				col = 1 - col;
				return col;
			}
			ENDCG
		}
	}
}

该着色器是一个非常简单的顶点片段着色器,实现了颜色值的取反。它的属性面板只有一个贴图参数。在SubShader中是一个pass,pass是执行渲染的时候使用的通道。Pass中有顶点函数vert()和片段函数frag()。vert的入口参数是从应用程序传来的appdata型数据,返回的是v2f型数据。而frag的入口参数是vert的返回的v2f型数据,返回的是颜色值。Shader中的数据必须是有语义的,因此我们看到appdata和v2f结构中每个元素后面都有冒号,冒号后面就是变量对应的语义。

平时我们编写的shader多数都是顶点片段着色器,而unity shader的语法最好是通过教程系统学习,我们这里只是点到为止,跟大家分享unity shader可以做哪些东西。当然,对于刚刚入门的初学者,shader是基本不会用到的,如果觉得确实不那么需要,可以先忽略掉这部分内容,以后熟练了再回过头来学习。


关于shader的几个应用实例:

绘制点、线等基本图形

绘制绚丽的Julia图形

绘制自由多边形

 



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