[游戏开发]unity 着色器shader 语法快速入门、复习

这是对unity shader语法的快速入门、复习
主要参考链接：

• shader从入门到跑路
• Unity 入门精要

Lesson 1 渲染管线

此部分可以参考我之前的文章：百人计划学习 图形 1.1 渲染流水线
主要分清楚顶点着色器、片段着色器阶段的输入和输出，以及这两个阶段是做什么的

Lesson 2 Shader的基本结构

Shader "Custom/ShaderLearning"
{
   Properties {     
        _MainTex("Main Tex",2D) = "white"
    }
    SubShader{
       Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}
        Pass{  
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // Traditional transparency
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Lighting.cginc"
            fixed4 _Diffuse;
            fixed4 _Specular;   //因为Specular是0-1所以精度更高用fixed4
            float _Gloss;
            struct a2v{
                float4 vertex : POSITION; 将模型的顶点坐标填充到vertex变量中
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };
            struct v2f{
                float2 uv : TEXCOORD0;  //
                float4 pos : SV_POSITION; //pos包含了顶点在裁剪空间中的位置信息
            };
            sampler2D _MainTex;
            v2f vert(a2v v) {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);  //转换到屏幕空间
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }
            fixed4 frag(v2f i) :SV_Target {
                fixed4 color = tex2D(_MainTex,i.uv);
                color *= fixed4(i.uv.x,i.uv.y,0,1);
                return color;
            }
        ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

解析一下上面的各部分：

properties属性部分

 Properties {     
        _Tex("Tex", 2D) = "white" {}
        _Intensity("Intensity", Range(0, 20)) = 2  //锐化强度
        _MainTex("Main Tex",2D) = "white"
    }

• Subshader，定义了一系列pass以及可选状态，pass是子着色器
• Fallback，告诉unity，如果上面所有的subshader在这块显卡上都不执行，那么使用这个最低级的shader

Lesson 3 纹理输入

将带有透明通道的PNG图片渲染出来
如果没有设置透明通道，会出现以下情况

注意：在属性区块内被定义的数据在CGPROGRAM内被使用之前都要预定义一遍，不然会报错。在CGPROGRAM内加入纹理的定义：

 sampler2D _Tex;
 float4 _Tex_ST;
 float _Intensity;

要返回纹理，片段着色器应该写为：

fixed4 frag(v2f i) :SV_Target {            
        return tex2D(_MainTex,i.uv);
  }

设置透明度，
使用Alpha Blend ：
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
OutColor = SrcColor * ScrAlpha + DstColor * (1 - SrcAlpha)
代码如下：

Shader "Custom/TextureShader"
{
   Properties {     
        _MainTex ("Main Tex", 2D) = "white"
    }
    SubShader{
       Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}
       Tags{"Queue" = "Transparent"}
        Pass{
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // Traditional transparency
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            sampler2D _MainTex;
            #include "Lighting.cginc"
            
            struct a2v{
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };
            struct v2f{
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 pos : SV_POSITION;
            };
            v2f vert(a2v v) {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);  
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }
            fixed4 frag(v2f i) :SV_Target {            
                return tex2D(_MainTex,i.uv);
            }
        ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

Lesson 4 屏幕后处理效果

1. 在颜色缓冲区的内容真正被喷到屏幕上之前，我们仍然有机会更改其中的内容。而unity也为我们考虑到了这一点，因此它提供了一个叫OnRenderImage的函数，这是个monobehaviour事件。

2. Called after scene rendering is complete to allow post-processing
   of the image,

3. Blit 将 dest 设置为渲染目标，在材质上设置 source _MainTex 属性， 并绘制全屏四边形。所以在material上要设置 _MainTex

• 完整shader是lesson1中的代码
• 下面的脚本添加到camera中

using UnityEngine;
[ExecuteInEditMode]  
public class PostEffects : MonoBehaviour
{
    public Material material;
    private void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)
    {
        Graphics.Blit(source,destination,material);
    }
}

Lesson 5 扭曲效果制作

需要添加位移图、和扭曲强度参数
位移图红色作为uv的x值，所以取到红色就是向右移动
绿色同理，向上移动

这里实现的是动态扭曲的效果，有两点需要注意
一是_Time的使用，
二十disp*2 -1 将范围划到(-1,1)中uv值就随着时间的推移而改变，我们在对位移图进行采样的时候，uv值就已经改变过了
会重复的原因是tex2D的原因，最终会把纹理uv的值映射到0-1中(没有完全明白)

 float4 frag(v2f i) :SV_Target {   
     float2 distuv = float2(i.uv.x + _Time.x ,i.uv.y + _Time.x*2);
     float2 disp = tex2D(_DisplaceTex,distuv).xy;
     disp = ((disp*2) - 1) * _Magnitude;
     float4 color = tex2D(_MainTex,i.uv + disp);
     return color;
}

Lesson 6 小练习

小练习1
实现两个图片的替换
添加两个参数：

• _SubTex (“Sub Tex”,2D) = “white” {}
• _Between (“Tween”,Range(0,1)) = 0
  在frag shader里

fixed4 frag(v2f i) :SV_Target {            
       return tex2D(_MainTex,i.uv)*(1-_Between) + tex2D(_SubTex,i.uv)*(_Between);
  }

2.设置灰度值并乘以自定义颜色
使用明亮度（luminance）公式来算出一个明亮度值，然后将红绿蓝通道都设置为明亮度值，透明度通道则用对图片采样获得的透明度，最终获得灰度效果
luminance = 0.2125 * Red + 0.07154 * Green + 0.0721 * Blue

 fixed4 frag(v2f i) :SV_Target {            
       fixed4 colorVal =  tex2D(_MainTex,i.uv)*(1-_Between) + tex2D(_SubTex,i.uv)*(_Between);
       fixed luminance = 0.2125 * colorVal.r + 0.07154 * colorVal.g + 0.0721 * colorVal.b;
       return fixed4(luminance,luminance,luminance,tex2D(_MainTex,i.uv).a);
 }

Lesson 7 替换渲染及矩阵转换

1. 我们可以通过定义一系列的子shader（SubShader）来让相机根据不同的对象进行不同的渲染方法，这种渲染被称之为替换渲染。
2. 当Unity需要渲染一个网格时，它会在shader的SubShader列表里面，查找第一个可供目前显卡上运行的SubShader来进行渲染
   待更