Shader基础

一、概念篇

1.基准：unity里的shader并不是一门独特的语言，而是一种代码生成方式，且可将低层次且复杂的shader编程进行简化。但同时你也还是得使用Cg/HLSL来写的。

2.原理：写一个函数，以UVs或者一些数据为入口，然后以SurfaceOutput为输出。同时在SurfaceOutput这个结构体里还有不同的属性。这样对于这个函数来说，他的执行过程会生成vertex和pixel的Shader，并且传递一些渲染的路径。

3.结构：输出结构：

struct SurfaceOutput {
    half3 Albedo;
    half3 Normal;
    half3 Emission;
    half Specular;
    half Gloss;
    half Alpha;
};

Albedo，是漫反射的颜色值。
Normal，法线坐标
Emission，自发光颜色
Specular，镜面反射系数
Gloss，光泽系数
Alpha，透明度系数

二、编程规则

1.要写在CGPROGRAM..ENDCG的SubShader的块里。不可写在Pass里。

2.shader的名字是可以重复的，重复后，以后来的shader为主。

3.指令详细：

#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

=>surfaceFunction，没什么好说，肯定是函数名了。

=>lightModel是所采用的光照模型。可以自己写也可使用内置如Lambert和BlinnPhong.

=>optionalparams:可选参数，一堆可选包括透明度，顶点与颜色函数，投射贴花shader等等。具体用到可以细选。

另外这里有一个功能。在Surface shader的CGPROGRAM里添加 #pragma debug [内容]。可在编译结果的文件中看到。写多少都行。但尝试在其他种shader下不行。

三、实例学习：

1.Simple:

Shader "Example/Diffuse Simple" {      
    SubShader {     
    Tags { "RenderType" = "Opaque" }    
    CGPROGRAM
    #pragma surface surf Lambert     
    struct Input {    float4 color : COLOR;     };  
    void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
           o.Albedo = 1;   
    }     
    ENDCG   
    }       
    Fallback "Diffuse" }

第一个。行行来：

第一行：写个名字。这也有讲究的。斜线左边为其父类的组，无则新增，有则累加，右边才是真正的名字。注意，这些shader名不像C#脚本，无需文件名与shader名相同。

第二、三行：接下来就在SubShader里添加内容，SubShader是可以有多个的。然后上一个Tags，此处只用到RenderType这种，另外的还有Rendering order, ForceNoShadowCasting..等。这些本阶段暂不研究。

第四行：上一条指令，里面指定响应方法为surf且采用Lambert的光照模型。这个必须有的。

第五行：这个结构体，记得名字不能改，只能为Input。里面一个四元素的颜色值（RGBA）。

第七到第九行：第一个参数，纯输入的上述结构体参数。第二个参数，inout标识，意思是可为输入参数也可为输出参数。Albedo根据前面介绍到的，是一个rgb的值，如果给一个1，其实就是 float3(1,1,1)，就是反射出来的颜色为白色，如果为100，则是加强反射强度，并不会改变其颜色。为0或为负数时道理类似。

最后Fallback，后方的是自带的shader，可以用自己自定义好的。这里这句的意思是，如果所有subshader在当前显卡都不支持，则默认返回自带的Diffuse。

2.Texture:

Shader "Example/Diffuse Texture"
{     Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} }     SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert
      struct Input { float2 uv_MainTex; };       sampler2D _MainTex;       
      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
      }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这个例子呢。其实只是第一个的基础上添加了一个2D属性显示名为Texture。以下解析：

第一个黑体：添加一个名叫_MainTex的属性，指定其为2D类型且显示为Texture。"white"那块可不是乱写的，是unity的 build-in的一些textures的名称，而不是单纯颜色名字。意思是当默认时显示为名叫white的材质。如改成red（即使用名叫red的材质，如果有其他也可叫其名字），则效果如下：

第二个黑体：uv_MainTex。这其中大有玄机，uv开头指代后方材质的uv值，因此uv不变，后面的可以根据开头起的名字动态换。还有哦，这种类似于_MainTex的命名方式是CG推荐的，其实不用下划线也OK的。

第三个黑体：这个Sampler2D，可以理解为引用一个2D Texture。因为下面的Tex2D函数需要这种类型。所以说这个后面的名字要与Properties里的对应一样才行。

第四个黑体：Tex2D，这玩意就是根据对应材质上所有的点找指定 2DSample上的Texture信息，此处需要其RGB信息，就打出来赋给了其反射值。所以对有材质图的情况下，要显示出图，还是要相应的反射其原图的rgb值。

3.Normal mapping

Shader "Example/Diffuse Bump" {
    Properties {
      _MainTex (
        "Texture", 2D) = "white" {}      
         _BumpMap ("Bumpmap", 2D) = "bump" {}   
    }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert
      struct Input {
        float2 uv_MainTex;
        float2 uv_BumpMap;
      };
      sampler2D _MainTex;       
      sampler2D _BumpMap;      
     void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
        o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;       
          o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));     
      }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这个例子里加了个凹凸贴图，可实现类似一些很漂亮的凹凸效果。

第一个黑体：加一个2D类型的材质，默认为bump。（即带有凹凸效果的）。

第二个黑体：上一个采集器。采集下来上面的材质。

第三个黑体：有讲究，这个UnpackNormal是unity自带的标准解压法线用的，所谓解压，我暂时学习到的只是将法线的区间进行变换。由于 tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap)取出的是带压缩的[0,1]之间，需要转成[-1,1]。这个函数会针对移动平台或OPENGL ES平台采用 RGB法线贴图，其他采用DXT5nm贴图。为此也可自己写。也在网上找到了一些资料，如下参考：

//  Shader: 带法线贴图的Surface Shader
//  Author: 风宇冲
Shader "Custom/3_NormalMap" {
  Properties
  {
    _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    _NormalMap ("NormalMap", 2D) = "white" {}
  }
  Subshader
  {
  CGPROGRAM
  #pragma surface surf BlinnPhong
  struct Input
  {
  float2 uv_MainTex;
  };
  //法线范围转换：单位法线 float3(x,y,z),x，y,z的取值范围是 [-1,1]。在法线贴图中被压缩在颜色的范围[0,1]中，所以需要转换
  //(1)RGB法线贴图
  float3 expand(float3 v) { return (v - 0.5) * 2; }
  //(2)DXT5nm法线贴图
  float3 expand2(float4 v)
{
fixed3 normal;
normal.xy = v.wy * 2 - 1;
normal.z = sqrt(1 - normal.x*normal.x - normal.y * normal.y);
return normal;
}
  sampler2D _MainTex;
  sampler2D _NormalMap;
  void surf(Input IN,inout SurfaceOutput o)
  {
  half4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
  o.Albedo = c.rgb;
  o.Alpha = c.a;
//对法线贴图进行采样，取得压缩在颜色空间里的法线（[0,1]）
  float4 packedNormal = tex2D(_NormalMap, IN.uv_MainTex);
  //要将颜色空间里的法线[0,1],转换至真正3D空间里的法线范围[-1,1]
  //注意：范围基本都是从[0,1]转换至[-1,1].主要是图的通道与法线xyz的对应关系要根据法线贴图格式而定
  //UnpackNormal, UnityCG.cginc里的函数
  //o.Normal = UnpackNormal(packedNormal);
  //expand,标准法线解压函数
  o.Normal = expand(packedNormal.xyz);
  }
  ENDCG
  }
}

4.Rim Lighting

Shader "Example/Rim" {
    Properties {
      _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
      _BumpMap ("Bumpmap", 2D) = "bump" {}        _RimColor ("Rim Color", Color) = (0.26,0.19,0.16,0.0)//1        _RimPower ("Rim Power", Range(0.5,8.0)) = 3.0 //2     }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert
      struct Input {
          float2 uv_MainTex;
          float2 uv_BumpMap; float3 viewDir; //3      };
      sampler2D _MainTex;
      sampler2D _BumpMap;       float4 _RimColor;//4       float _RimPower;//5 void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
          o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));             half rim = 1.0 - saturate(dot (normalize(IN.viewDir), o.Normal));//6         o.Emission = _RimColor.rgb * pow (rim, _RimPower);//7 }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"

新增的一些东西，我都用数字标注了。以下进行详细解读：

第一处（//1）:上一个Color类型的显示为Rim Color的变量。颜色值RGBA对应0.26,0.19,0.16,0.0

第二处（//2）:这个Range类型的变量，结果还是一个float。只是这个float是在这个range之内。为什么这么定义呢。如果超多，或过小，则使用range内指明的值代替。

第三处（//3）:viewDir 意为World Space View Direction。就是当前坐标的视角方向。这里有个从相关网上找的图：链接：http://game.ceeger.com/forum/read.php?tid=11367

第四、五处（//4，//5）:定义两个变量对应properties里的值，取出使用。

第六、七处：最里层是Normalize函数，用于获取到的viewDir坐标转成一个单位向量且方向不变，外面再与点的法线做点积。最外层再用 saturate算出一[0,1]之间的最靠近（最小值但大于所指的值）的值。这样算出一个rim边界。为什么这么做。原理以下解释：

=>看图。

=>这里o.Normal就是单位向量。外加Normalize了viewDir。因此求得的点积就是夹角的cos值。

=>因为cos值越大，夹角越小，所以，这时取反来。这样，夹角越大，所反射上的颜色就越多。于是就得到的两边发光的效果。哈哈这样明了吧。

这里介绍一下这个half。CG里还有类似的float和fixed。half是一种低精度的float，但有时也会被选择成与float一样的精度。 fragment是一定会支持fixed类型，同时也会有可能将其精度设成与float一样，这个比较复杂，后面篇章学到fragment时再深入探讨。

以下为与3的对比，大家一下就知道谁是用了rim color的吧。对！下面那个盒子就是用些shader的效果。

5.Detail Texture

Shader "Example/Detail" {
    Properties {
      _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
      _BumpMap ("Bumpmap", 2D) = "bump" {}       _Detail ("Detail", 2D) = "gray" {}     }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert
      struct Input {
          float2 uv_MainTex;
          float2 uv_BumpMap;           
          float2 uv_Detail;       
      };
      sampler2D _MainTex;
      sampler2D _BumpMap;      
      sampler2D _Detail;      
     void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;          
          o.Albedo *= tex2D (_Detail, IN.uv_Detail).rgb * 2;           
          o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
      }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这个最好理解了。

前面三个一样。上一个2D Texture。

最后一个黑体：在原先的反射基础上，在加一层，Texture的反射。

就是这样啦。最后上几个截图，大家一定就明白。

6.Detail Texture in Screen Space

Shader "Example/ScreenPos" {
    Properties {
      _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
      _Detail ("Detail", 2D) = "gray" {}
    }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert
      struct Input {
          float2 uv_MainTex; float4 screenPos; };
      sampler2D _MainTex;
      sampler2D _Detail;
      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;           float2 screenUV = IN.screenPos.xy / IN.screenPos.w; //2          screenUV *= float2(8,6);          o.Albedo *= tex2D (_Detail, screenUV).rgb * 2;       }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这个比较有趣，是从上个例子的基础上将第二层叠加上的2D Texture根据当前屏幕的UV进行叠加，而不是根据自身的UV。这样带有含此shader材质的物体的贴图就会跟着移动到的位置而变换图片。

这里只需要说三点：

1.关于screenPos:screenPos是一个三维点，但是用齐次坐标的形式表示出来就是（x,y,z,w），根据齐次坐标的性质。（x,y,z,w）的齐次坐标对应三维点（x/w,y/w,z/w）。因此把w值除掉可以看来是一种Normalize的作法，这样就取出了实际的屏幕 xy的UV值。

2.对screenUV进行倍剩：此处剩float2（8，6）意为将原获取到屏幕尺寸进行拉大的倍数。即x轴拉大8倍，y轴拉大6倍。

3.如何就平铺了刚好一行8个，一列6个了呢？原因我觉得是在于2d Texture自己是按Normalize后进行铺的，因此在//2(刚转完标准的)screenPos后，将其剩多少即便将原图铺多少张。

OK。明了。其实这个东西可以拿来做放大镜的应用。上图：

7. Cubemap reflection

Shader "Example/WorldRefl" {
    Properties {
      _MainTex (
        "Texture", 2D) = "white" {}         _Cube ("Cubemap", CUBE) = "" {}     }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert
      struct Input {
           float2 uv_MainTex;            float3 worldRefl;       };
      sampler2D _MainTex;       samplerCUBE _Cube;       void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb * 0.5;           o.Emission = texCUBE (_Cube, IN.worldRefl).rgb;       }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

Shader "Example/WorldRefl Normalmap" {
    Properties {
      _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
      _BumpMap ("Bumpmap", 2D) = "bump" {}
      _Cube ("Cubemap", CUBE) = "" {}
    }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert
      struct Input {
          float2 uv_MainTex;
          float2 uv_BumpMap;
          float3 worldRefl; INTERNAL_DATA };
      sampler2D _MainTex;
      sampler2D _BumpMap;
      samplerCUBE _Cube;
      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb * 0.5;
          o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
          o.Emission = texCUBE (_Cube, WorldReflectionVector (IN, o.Normal)).rgb;
      }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这两段都是加一个cubemap的反射。第二段相比之下是在有normal反射的基础上加的。Cubemap这东西，可设置几种面的不能渲染图，这方面可用于做天空盒。因为这样可以从各个角度看过去以显示不同的渲染效果。

以下说明：

1. worldRefl:即为世界空间的反射向量。

2. texCUBE:将反射向量一个个的往_Cube反射盒上找出然后做为Emission反射出来。

3. 第二个例子只是将其用在Normal反射后，这样一定要多添加一个INTERNAL_DATA的属性，另外也需用到WorldReflectionVectore方法取其利用Normal后的反射向量值。

类似于的效果，可见官网中的。我这也有一个，有点像打了光的样子。

8.Slices via World Space Position

Shader "Example/Slices" {
   Properties {
     _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
     _BumpMap ("Bumpmap", 2D) = "bump" {}
   }
   SubShader {
     Tags { "RenderType" = "Opaque" }      
     Cull Off       
     CGPROGRAM
     #pragma surface surf Lambert
     struct Input {
         float2 uv_MainTex;
         float2 uv_BumpMap;          
         float3 worldPos;       
     };
     sampler2D _MainTex;
     sampler2D _BumpMap;
     void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {       
         clip (frac((IN.worldPos.y+IN.worldPos.z*0.1) * 5) - 0.5);           o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
         o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
     }
     ENDCG
   } 
   Fallback "Diffuse"
 }

在看完这段后，我自己另外又加一段，以作对比：

float3 _tWorldPos;
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {       
     _tWorldPos = IN.screenPos.xyz / IN.screenPos.w;
     //clip (frac((IN.worldPos.y+IN.worldPos.z*0.1) * 5) - 0.5); 
     clip (frac((_tWorldPos.y+_tWorldPos.z*0.1) * 3) - 0.5);
     o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
     o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
}

第二个黑体：frac是取小数的函数，如1.23 取出来是 0.23。clip函数用于清Pixel的，负值情况下才进行清pixel。且越小，即绝对值越大则清越多。这里注意那个* 5，仔细一想，如果frac出来的值越大，-0.5值就越大，绝对值就越小，因此这样清掉的pixel越少，所以就可以间接的增加分段的次数。那为什么要+IN.worldPos.z*0.1呢，主要原因就是空开的断添加一个倾斜角度，可以用空间思想想下。

我的那段，就是将要clip的坐标换掉，换成屏幕的。这样你移动物体时，clip掉的部分会变化。

最后，上下效果图：

9.Normal Extrusion with Vertex Modifier

Shader "Example/Normal Extrusion" {
    Properties {
      _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}       _Amount ("Extrusion Amount", Range(-1,1)) = 0.5     }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert vertex:vert //1
      struct Input {
          float2 uv_MainTex;
      };       float _Amount; //2       void vert (inout appdata_full v) { //3          v.vertex.xyz += v.normal * _Amount;  //4       }       sampler2D _MainTex;
      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
      }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这是个自定义vertex的例子，效果可以实现点坐标的放大缩小，以形成肥仔与瘦棍的效果，哈哈。

第一个黑体（//1）:添加一个可选参数为vertex，主要是为了给其添加一个函数vert。

第二个黑体（//2）:这个_Amount对应开头的那个属性_Amount。具体是个Range值，可在shader界面外通过滑动条改变这个值。默认为0.5。

第三个黑体（//3）:这里除了之前学过的东西外，多了个appdata_full的结构体。这里面的结构（载自UNITY官方论坛）如下：

struct appdata_full {
    float4 vertex : POSITION;
    float4 tangent : TANGENT;
    float3 normal : NORMAL;
    float4 texcoord : TEXCOORD0;
    float4 texcoord1 : TEXCOORD1;
    fixed4 color : COLOR;
#if defined(SHADER_API_XBOX360)
    half4 texcoord2 : TEXCOORD2;
    half4 texcoord3 : TEXCOORD3;
    half4 texcoord4 : TEXCOORD4;
    half4 texcoord5 : TEXCOORD5;
#endif
};

第四个黑体（//4）:就是像为个点，换当前法线向量的指定倍数进行扩展。

上效果：

10.Custom data computed per-vertex

Shader "Example/Custom Vertex Data" {
    Properties {
      _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert vertex:vert       struct Input {
          float2 uv_MainTex;           
          float3 customColor;      //1
        };
      void vert (inout appdata_full v, out Input o) {//2
            UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input,o);           //3 
            o.customColor = abs(v.normal);       //4
      }
      sampler2D _MainTex;
      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
          o.Albedo *= IN.customColor;     //5
      }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这个例子是用来渲染颜色的。我的分析如下:

第一处（//1）:取一个颜色值，float3，对应RGB。

第二处（//2）:较前个例子，多一个Input类型的参数，只为输出使用。

第三处（//3）:UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type,name)这个函数大有用处，主要是将叫[name]的变量请空改成type类型。以下是从HLSLSupport.cginc里找到的定义：

#if defined(UNITY_COMPILER_HLSL)
#define UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type,name) name = (type)0;
#else
#define UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type,name)
#endif

第四处（//4）:RGB颜色值当然只能为正值，所以使用绝对值去取normal的值。

第五处（//5）:在原先已经渲染上texture颜色值的基础上，加上这层自定义的颜色值。

上效果：

11.Final Color Modifier

Shader "Example/Tint Final Color" {
    Properties {
      _MainTex (
        "Texture", 2D) = "white" {}
         _ColorTint ("Tint", Color) = (1.0, 0.6, 0.6, 1.0)       }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert finalcolor:mycolor        struct Input {
          float2 uv_MainTex;
      };       fixed4 _ColorTint;       void mycolor (Input IN, SurfaceOutput o, inout fixed4 color) {
           color *= _ColorTint;       }
      sampler2D _MainTex;
      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
           o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
      }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这个例子是跟上面例子的对比，前种使用普通反射进行叠加上颜色，此处则是直接使用finalcolor对其颜色进行处理，这种可以处理整个模型的固定颜色值的渲染。以下做简要的分析：

1.finalcolor:mycolor :这个是另一种可选参数，就是用户自定义的颜色处理函数。函数名为mycolor.

2.mycolor函数：注意到函数除了有surf的两个参数外，还多了个颜色参数，这个颜色参数就是当前模型上颜色对象，对他的更改将直接影响全部来自于lightmap,light probe和一些相关资源的颜色值。

效果：

12.Custom Fog with Final Color Modifier

Shader "Example/Fog via Final Color" {
    Properties {
      _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}       _FogColor ("Fog Color", Color) = (0.3, 0.4, 0.7, 1.0)     }
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert finalcolor:mycolor vertex:myvert       
      struct Input {
          float2 uv_MainTex;         
          half fog;      
      };
      void myvert (inout appdata_full v, out Input data)
      {         
          UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input,data);         
          float4 hpos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);//1       
          data.fog = min (1, dot (hpos.xy, hpos.xy) * 0.1); //2  
      }
      fixed4 _FogColor;
      void mycolor (Input IN, SurfaceOutput o, inout fixed4 color)
      {       
            fixed3 fogColor = _FogColor.rgb;       
            #ifdef UNITY_PASS_FORWARDADD   //3                    
               fogColor = 0;        //3      
            #endif          //3
            color.rgb = lerp (color.rgb, fogColor, IN.fog);   //4       }
      sampler2D _MainTex;
      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
           o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
      }
      ENDCG
    } 
    Fallback "Diffuse"
  }

这个很高难度，里面还有些之前没用到过的函数，以下是我的理解：

第一处（//1）:mul是矩阵相乘的函数。UNITY_MATRIX_MVP是model、view、projection三个矩阵相乘出来的4x4的矩阵。v.vertex是一个float4的变量，可理解成4x1的矩阵，两者相乘，则得出一个float4，这个值就是视角窗口的坐标值，这个坐标就跟 camera的关联了。

第二处（//2）:这个fog的浮点值就是其强度，范围一般在-1到1之间，说一般，只是我个人建议的值，设成其他也行，只是没多大意义。越负就越黑。再看后面这个点积，这个仔细一想，不难理解，其实就是为了达到一种扩散的效果，因此两个一样的向量相乘，其实就是直接对坐标做平方扩展，这样fog就更有雾的感觉。

第三处（//3）:这个宏不好找，就看官方对这个例子的解释为正向渲染时的额外通道。字面不好理解，多多尝试过可以有所发现，其实就是在雾气渐渐消失处那块额外的渲染区。可以将fogColor = 0; 改成fogColor = fixed3(1,0,0)。外面雾气颜色再选成白色，效果则如下：

雾气改成绿色后：效果如下：

第四处（//4）:lerp函数是个有趣的函数。第一个参数是左边界，第二个参数是右边界，第三个相当于一个值介于0到1之间的游标。游标为0，则为左边界，为1为右边界，取中间值则是以此类推，取插值。其实也可以把它看成百分比。这里的fog则可以看来那个游标，值越大，则越接近fogColor，越小越接近原色。

原shader所出来的效果再来张：

13.Linear Fog

Shader "Example/Linear Fog"{  
  Properties {
    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
  }
  SubShader {
    Tags { "RenderType"="Opaque" }
    LOD 200  //1
 
    CGPROGRAM
    #pragma surface surf Lambert finalcolor:mycolor vertex:myvert
 
    sampler2D _MainTex;
    uniform half4 unity_FogColor;  //2
    uniform half4 unity_FogStart;
    uniform half4 unity_FogEnd;
 
    struct Input {
      float2 uv_MainTex;
      half fog;
    };
 
    void myvert (inout appdata_full v, out Input data) {
      UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input,data);
      float pos = length(mul (UNITY_MATRIX_MV, v.vertex).xyz); //3
      float diff = unity_FogEnd.x - unity_FogStart.x; //4
      float invDiff = 1.0f / diff;  //5
      data.fog = clamp ((unity_FogEnd.x - pos) * invDiff, 0.0, 1.0); //6
    }
    void mycolor (Input IN, SurfaceOutput o, inout fixed4 color) {
      fixed3 fogColor = unity_FogColor.rgb;
      #ifdef UNITY_PASS_FORWARDADD
      fogColor = 0;
      #endif
      color.rgb = lerp (fogColor, color.rgb, IN.fog);
    }
 
    void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
      half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
      o.Albedo = c.rgb;
      o.Alpha = c.a;
    }
    ENDCG
  } 
  FallBack "Diffuse"
}

这个官方只贴出了代码，无任何解释。网上也未曾看到有人解答，在此为大家分析下。其实这个与上面那个例子相比之下，采用的fog的源头变了，这里是获取rendersettings里的fog来设置Fog的颜色、强度与起点终点等。以下进行解析：

第一处（//1）:LOD 200，200是个代号，设成此的目的就是限制shader级别只到200为止，高过200的不采用，即使显卡支持，也不会使用高过200的shader 级别的渲染方式。官方的解释：http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/SL- ShaderLOD.html

第二处（//2）:此处标记uniform的意图就是让Cg可以使用此变量。因此这三个uniform变量均来自于RenderSetting中。你可以预先设置好三个值。

第三处（//3）:length函数用于取一个向量的长度，如果是float3则采取如下形式：

float length(float3 v)
{
    return sqrt(dot(v,v));
}

就是点积取平方根。

第四处（//4）:计算fog起终点间的反差。

第五处（//5）:将4中算得的diff置反过来。

第六处（//6）:则将算出来的离视角的距离与0到1之间进行比对，小于0则为0，大于1则为1，范围之内就是其原值，总的来说，利用clamp函数防止其出界。

分析下原理：咱们先将rendersetting里的颜色设成红色，fog start 设成0， fog end设成50。
这时算出的diff = 50, invdiff = 1/50。将原fog的计算稍做简化，得出如下结果：

fog = clamp((1 - pos/50) , 0 , 1)；这个式子很是明了，pos是距离，即距离越远，clamp里值越小，根据后面这句：

color.rgb = lerp (fogColor, color.rgb, IN.fog);

我们就可以判断出其越靠近fogColor,雾气就会越重。

最后上个效果图：这里选的是Linear的fog。

到此，所有的surface shader的官方例子都详细的介绍完了。哎，开源中国对cg无什么代码显示支持，大家要代码看不清，可以直接去官网上去面看。 http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/SL-SurfaceShaderExamples.html

这里送上本文的项目工程：http://pan.baidu.com/s/1xindN

四、学习技巧

这里是我个人的一些观点：

1.遇问题先找官网，找官网论坛，找官网文档。

2.学会从软件根目录下的CGIncludes文件夹下找相关的函数宏定义。

3.积累相关线性代数与计算机图形学的知识，学习会更轻松些。

posted on 2016-01-15 18:15 羽落丶星辰阅读(2509) 评论(0) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部

Shader基础

导航

公告