本頁(yè)面包含頂點(diǎn)和片元程序示例。 有關(guān)著色器的基本介紹，請(qǐng)參閱著色器教程：?第 1 部分和第 2 部分。有關(guān)編寫(xiě)常規(guī)材質(zhì)著色器的簡(jiǎn)便方法，請(qǐng)參閱表面著色器。

可通過(guò)?Unity 項(xiàng)目壓縮包的形式下載以下顯示的示例。

設(shè)置場(chǎng)景

如果您不熟悉 Unity 的?Scene 視圖、Hierarchy 視圖、?Project 視圖__和?Inspector__，現(xiàn)在最好是閱讀 手冊(cè)的前幾部分，從?Unity 的界面開(kāi)始。

第一步是創(chuàng)建一些用于測(cè)試著色器的對(duì)象。在主菜單中選擇?Game Object?>?3D Object?>?Capsule。然后，調(diào)整攝像機(jī)位置，使其顯示膠囊體。在 Hierarchy 視圖中雙擊膠囊體 (Capsule) 以將 Scene 視圖聚焦在該膠囊體上，然后選擇主攝像機(jī) (Main Camera) 對(duì)象，并單擊主菜單中的?Game object?>?Align with View。

在 Project 視圖中，從菜單中選擇?Create?> _Material__，創(chuàng)建新的材質(zhì)。Project 視圖中將顯示一個(gè)名為?New Material_ 的新材質(zhì)。

創(chuàng)建著色器

現(xiàn)在以類(lèi)似方式創(chuàng)建一個(gè)新的著色器資源。在 Project 視圖中，從菜單中選擇?Create?>?Shader?>?Unlit Shader。 隨后將創(chuàng)建一個(gè)基本著色器，該著色器僅顯示一個(gè)紋理，無(wú)任何光照。

Create?>?Shader?菜單中的其他條目將創(chuàng)建基本要素著色器 或其他類(lèi)型，例如，基本表面著色器。

鏈接網(wǎng)格、材質(zhì)和著色器

通過(guò)材質(zhì)的檢視面板使材質(zhì)使用著色器，或者在 Project 視圖中將著色器資源拖動(dòng)到材質(zhì)資源上。材質(zhì)檢視面板在使用此著色器時(shí)將顯示白色球體。

現(xiàn)在將材質(zhì)拖動(dòng)到 Scene 或 Hierarchy 視圖中的網(wǎng)格對(duì)象上。或者，選擇對(duì)象，并在檢視面板中使其使用網(wǎng)格渲染器 (Mesh Renderer)?組件的 Materials 字段中的材質(zhì)。

完整這些設(shè)置后，現(xiàn)在可以開(kāi)始查看著色器代碼，并會(huì)在 Scene 視圖中看到對(duì)膠囊體上著色器所做的更改的結(jié)果。

著色器的主要部分

要開(kāi)始檢查著色器的代碼，請(qǐng)?jiān)?Project 視圖中雙擊著色器資源。著色器代碼將在腳本編輯器（MonoDevelop 或 Visual Studio）中打開(kāi)。

著色器最開(kāi)始的代碼如下：

這個(gè)初始著色器看上去不是那么簡(jiǎn)單！但不要擔(dān)心， 我們將逐步介紹每個(gè)部分。

讓我們看看這個(gè)簡(jiǎn)單著色器的主要部分。

Shader?命令包含一個(gè)帶有 著色器名稱(chēng)的字符串。在材質(zhì)檢視面板中選擇著色器時(shí)，可以使用正斜杠字符“/”將著色器放置在子菜單中。

Properties?代碼塊包含著色器變量 （紋理、顏色等），這些變量將保存為材質(zhì)的一部分， 并顯示在材質(zhì)檢視面板中。在我們的無(wú)光照著色器模板中， 聲明了單個(gè)紋理屬性。

一個(gè)著色器 (Shader) 可以包含一個(gè)或多個(gè)子著色器 (SubShader)，主要 用于實(shí)現(xiàn)不同 GPU 功能的著色器。 在本教程中，我們并不太關(guān)心這一點(diǎn)，所以我們 所有的著色器都只包含一個(gè)子著色器。

每個(gè)子著色器由多個(gè)通道組成，每個(gè)通道代表 為使用著色器材質(zhì)渲染的同一對(duì)象執(zhí)行 頂點(diǎn)和片元代碼。 許多簡(jiǎn)單的著色器只使用一個(gè)通道，但與光照交互的 著色器可能需要更多通道（有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱?光照管線）。通道內(nèi)部的 命令通常設(shè)置固定函數(shù)狀態(tài)，例如 混合模式。

這些關(guān)鍵字包裹著頂點(diǎn)和片元著色器中的 HLSL 代碼 部分。通常，大多數(shù)相關(guān)代碼都包含在這里。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱?頂點(diǎn)和片元著色器。

簡(jiǎn)單的無(wú)光照著色器

無(wú)光照著色器模板比顯示帶紋理的對(duì)象 絕對(duì)需要更多的代碼。例如， 它支持霧效，以及材質(zhì)中的紋理平鋪/偏移字段。 讓我們最大程度簡(jiǎn)化著色器，并添加更多注釋?zhuān)?/p>

__頂點(diǎn)著色器__是對(duì) 3D 模型的每個(gè)頂點(diǎn)運(yùn)行的程序。通常情況下，它并不做任何特別有趣的事情。這里我們只是將頂點(diǎn)位置從對(duì)象空間轉(zhuǎn)換為所謂的“裁剪空間”（由 GPU 用于柵格化屏幕上的對(duì)象）。我們還傳遞未修改的輸入紋理坐標(biāo)；我們需要該坐標(biāo)來(lái)對(duì)片元著色器中的紋理進(jìn)行采樣。

__片元著色器__是對(duì)屏幕上對(duì)象占據(jù)的每個(gè)像素運(yùn)行的程序，通常用于計(jì)算和輸出每個(gè)像素的顏色。通常，屏幕上有數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素，并且片元著色器將 針對(duì)所有像素執(zhí)行！優(yōu)化片元著色器是整體游戲性能優(yōu)化工作的重要組成部分。

一些變量或函數(shù)定義后跟一個(gè)語(yǔ)義指示符，例如?: POSITION?或?: SV_Target。這些語(yǔ)義指示符將這些變量的“含義”傳達(dá)給 GPU。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱著色器語(yǔ)義頁(yè)面。

用于具有良好紋理的良好模型時(shí)，我們的簡(jiǎn)單著色器看起來(lái)非常好！

更簡(jiǎn)單的單色著色器

讓我們進(jìn)一步簡(jiǎn)化著色器：我們將制作一個(gè)用單一顏色繪制整個(gè)對(duì)象的 著色器。這并不是很有用，但別忘了，我們是在學(xué)習(xí)。

這次，著色器函數(shù)只是手動(dòng)拼出輸入，而不是使用輸入結(jié)構(gòu) (appdata) 和輸出結(jié)構(gòu) (v2f)。兩種方式都有效，選擇使用哪種方式取決于您編寫(xiě)代碼的風(fēng)格和偏好。

使用網(wǎng)格法線，輕松獲利

讓我們繼續(xù)了解在世界空間中顯示網(wǎng)格法線的著色器。言歸正傳：

除了產(chǎn)生漂亮的顏色外，法線還用于各種圖形效果：光照、反射、輪廓等。

在上面的著色器中，我們開(kāi)始使用 Unity 的內(nèi)置著色器 include 文件之一。 這里使用的?UnityCG.cginc?包含一個(gè)方便的函數(shù)?UnityObjectToWorldNormal。我們還使用了實(shí)用函數(shù) __UnityObjectToClipPos__，該函數(shù)將頂點(diǎn)從對(duì)象空間轉(zhuǎn)換為屏幕。這使得代碼更易于閱讀，并且在某些情況下更有效。

在所謂的“插值器”（有時(shí)稱(chēng)為“變化”）中，我們已經(jīng)看到數(shù)據(jù)可從頂點(diǎn)傳入片元著色器。在 HLSL 著色語(yǔ)言中，它們通常用?TEXCOORDn?語(yǔ)義進(jìn)行標(biāo)記，其中每一個(gè)最多可以是一個(gè) 4 分量矢量（有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱語(yǔ)義頁(yè)面）。

此外，我們學(xué)習(xí)了如何使用一種簡(jiǎn)單的技術(shù)將標(biāo)準(zhǔn)化矢量（在 –1.0 到 +1.0 范圍內(nèi)）可視化為顏色：只需將它們乘以二分之一并加二分之一。請(qǐng)?jiān)陧旤c(diǎn)程序輸入頁(yè)面中查看更多頂點(diǎn)數(shù)據(jù)可視化示例。

使用世界空間法線的環(huán)境反射

如果在場(chǎng)景中使用天空盒作為反射源（請(qǐng)參閱?Lighting 窗口）， 基本上會(huì)創(chuàng)建一個(gè)包含天空盒數(shù)據(jù)的“默認(rèn)”反射探針。 反射探針內(nèi)部是立方體貼圖紋理；我們將擴(kuò)展上面的世界空間法線著色器來(lái)對(duì)其進(jìn)行深入了解。

代碼現(xiàn)在開(kāi)始變得有點(diǎn)復(fù)雜。當(dāng)然，如果您希望著色器能夠自動(dòng)處理光源、陰影、反射以及光照系統(tǒng)的其余部分，使用表面著色器會(huì)容易得多。此示例旨在向您展示如何以“手動(dòng)”方式使用光照系統(tǒng)的各個(gè)部分。

以上示例使用了內(nèi)置著色器 include 文件中的部分內(nèi)容：

• 來(lái)自?xún)?nèi)置著色器變量的?unity_SpecCube0、unity_SpecCube0_HDR、Object2World?和?UNITY_MATRIX_MVP。unity_SpecCube0?包含激活的反射探針的數(shù)據(jù)。

• UNITY_SAMPLE_TEXCUBE?是一個(gè)用于采樣立方體貼圖的內(nèi)置宏。通常使用標(biāo)準(zhǔn) HLSL 語(yǔ)法聲明和 使用大多數(shù)常規(guī)立方體貼圖（__samplerCUBE__ 和?texCUBE__），但 Unity 中的反射探針立方體貼圖以特殊方式聲明以節(jié)省采樣器字段。如果您不知道這是什么，請(qǐng)不要擔(dān)心，只需要知道：要使用?unity_SpecCube0__ 立方體貼圖，必須使用?UNITY_SAMPLE_TEXCUBE?宏。

• UnityCG.cginc?中的?UnityWorldSpaceViewDir?函數(shù)以及來(lái)自同一文件的?DecodeHDR?函數(shù)。后者用于從反射探針數(shù)據(jù)中獲取實(shí)際顏色（因?yàn)?Unity 以特殊編碼方式存儲(chǔ)反射探針立方體貼圖）。

• reflect?只是一個(gè)內(nèi)置的 HLSL 函數(shù)，用于計(jì)算給定法線周?chē)氖噶糠瓷洹?/p>

使用法線貼圖的環(huán)境反射

通常，__法線貼圖__用于在對(duì)象上創(chuàng)建其他細(xì)節(jié)，而無(wú)需創(chuàng)建其他幾何體。讓我們看看如何使用法線貼圖紋理制作發(fā)射環(huán)境的著色器。

現(xiàn)在開(kāi)始真正涉及到了數(shù)學(xué)知識(shí)，所以我們將分幾步完成。在上面的著色器中，反射 方向是按每個(gè)頂點(diǎn)計(jì)算的（在頂點(diǎn)著色器中），片元著色器僅執(zhí)行反射探針 立方體貼圖查找。然而，一旦我們開(kāi)始使用法線貼圖，表面法線本身需要按每個(gè)像素計(jì)算，這意味著我們還必須按每個(gè)像素計(jì)算環(huán)境的反射方式！

首先，讓我們重寫(xiě)上面的著色器來(lái)實(shí)現(xiàn)相同效果，只是我們將一些計(jì)算移到片元著色器，從而按每個(gè)像素進(jìn)行計(jì)算：

這里并沒(méi)有帶給我們太多不同：著色器看起來(lái)完全相同，只是它現(xiàn)在運(yùn)行得更慢，因?yàn)樗鼘?duì)屏幕上的每個(gè)像素進(jìn)行更多的計(jì)算，而不是僅對(duì)每個(gè)模型的頂點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。但是，我們很快就會(huì)真正需要這些計(jì)算。更高的圖形保真度通常需要更復(fù)雜的著色器。

我們現(xiàn)在也要學(xué)習(xí)新東西，即所謂的“切線空間”。法線貼圖紋理通常在坐標(biāo)空間中表示，可將其視為“跟隨模型表面”。在我們的著色器中，我們需要知道切線空間基矢量，從紋理中讀取法線矢量，將其轉(zhuǎn)換為世界空間，然后通過(guò)上面的著色器 進(jìn)行所有數(shù)學(xué)運(yùn)算。我們行動(dòng)吧！

哎呦，這個(gè)非常復(fù)雜。但是，看看法線貼圖反射！

添加更多紋理

讓我們?yōu)樯厦娴姆ň€貼圖、天空反射著色器添加更多紋理。我們將添加基礎(chǔ)顏色紋理（如第一個(gè)無(wú)光照的示例中所示）和遮擋貼圖來(lái)使洞穴變暗。

氣球貓看起來(lái)很不錯(cuò)！

紋理化著色器示例

程序化棋盤(pán)圖案

下面的著色器根據(jù)網(wǎng)格的紋理坐標(biāo)輸出棋盤(pán)圖案：

Properties?代碼塊中的密度滑動(dòng)條控制棋盤(pán)的密集程度。在頂點(diǎn)著色器中，網(wǎng)格 UV 與密度值相乘，使它們從 0 到 1 的范圍變?yōu)?0 到密度的范圍。假設(shè)密度設(shè)置為 30，這將使片元著色器中的?i.uv?輸入包含 0 到 30 的浮點(diǎn)值，對(duì)應(yīng)于正在渲染的網(wǎng)格的各個(gè)位置。

然后，片元著色器代碼僅使用 HLSL 的內(nèi)置?floor?函數(shù)獲取輸入坐標(biāo)的整數(shù)部分，并將其除以 2?；叵胍幌?，輸入坐標(biāo)是從 0 到 30 的數(shù)字；這使得它們都被“量化”為 0、0.5、1、1.5、2、2.5 等等的值。輸入坐標(biāo)的 x 和 y 分量都完成了此操作。

接下來(lái)，我們將這些 x 和 y 坐標(biāo)相加（每個(gè)坐標(biāo)的可能值只有 0、0.5、1、1.5 等等），并且只使用另一個(gè)內(nèi)置的 HLSL 函數(shù)?frac?來(lái)獲取小數(shù)部分。結(jié)果只能是 0.0 或 0.5。然后，我們將它乘以 2 使其為 0.0 或 1.0，并輸出為顏色（這分別產(chǎn)生黑色或白色）。

三面紋理

對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)格或程序化網(wǎng)格，不使用常規(guī) UV 坐標(biāo)對(duì)它們進(jìn)行紋理化，有時(shí)只需在三個(gè)主方向?qū)⒓y理“投影”到對(duì)象上即可。這稱(chēng)為“三面”紋理。這個(gè)想法是使用表面法線來(lái)加權(quán)三個(gè)紋理方向。下面是著色器：

光照計(jì)算

通常，當(dāng)您需要適用于 Unity 光照管線的著色器時(shí)， 可以編寫(xiě)表面著色器。這樣會(huì)為您完成大部分“繁重的工作”， 您的著色器代碼只需要定義表面屬性。

但在某些情況下，您希望繞過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表面著色器路徑； 或者是出于性能原因，您只想支持整個(gè)光照管線的某個(gè)有限子集， 或者您想要進(jìn)行“標(biāo)準(zhǔn)光照”以外的自定義。以下示例 將說(shuō)明如何從手動(dòng)編寫(xiě)的頂點(diǎn)和片元著色器獲取光照數(shù)據(jù)。 查看表面著色器生成的代碼（通過(guò)著色器檢視面板）也是一種 很好的學(xué)習(xí)資源。

簡(jiǎn)單的漫射光照

我們需要做的第一件事就是指出我們的著色器確實(shí)需要傳遞給它的光照信息。Unity 的渲染管線支持各種渲染方式；這里我們將使用默認(rèn)的前向渲染。

我們首先只支持一個(gè)方向光。Unity 中的前向渲染的工作方式是在一個(gè)名為?ForwardBase?的單個(gè)通道中渲染主方向光、環(huán)境光、光照貼圖和反射。在著色器中，通過(guò)添加以下通道標(biāo)簽來(lái)指示這一情況：__Tags {“LightMode”=“ForwardBase”}__。這將使方向光數(shù)據(jù)通過(guò)一些內(nèi)置變量傳入著色器。

以下著色器為每個(gè)頂點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單漫射光照，并使用單個(gè)主紋理：

帶環(huán)境光的漫射光照

上面的示例不考慮任何環(huán)境光照或光照探針。我們來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題！ 事實(shí)證明，我們可以通過(guò)添加一行代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。環(huán)境光和光照探針數(shù)據(jù)都以球諧函數(shù)形式傳遞給著色器，__UnityCG.cginc__?include 文件?中的?ShadeSH9?函數(shù)在給定世界空間法線的情況下完成所有估算工作。

事實(shí)上，這個(gè)著色器開(kāi)始看起來(lái)非常類(lèi)似于內(nèi)置的舊版漫射著色器！

實(shí)現(xiàn)陰影投射

我們的著色器目前既不能接受也不能投射陰影。讓我們先實(shí)現(xiàn)陰影投射。

為了投射陰影，著色器必須在其任何子著色器或任何回退中具有?ShadowCaster?通道類(lèi)型。ShadowCaster 通道用于將對(duì)象渲染到陰影貼圖中，通常它非常簡(jiǎn)單：頂點(diǎn)著色器只需要估算頂點(diǎn)位置，片元著色器幾乎不執(zhí)行任何操作。陰影貼圖只是深度緩沖區(qū)，因此即使是片元著色器輸出的顏色也無(wú)關(guān)緊要。

這意味著對(duì)于許多著色器，陰影投射物通道幾乎完全相同（除非對(duì)象具有基于自定義頂點(diǎn)著色器的變形，或者具有 Alpha 鏤空/半透明部分）。最簡(jiǎn)單的捕捉方法是使用著色器命令?UsePass：

但我們?cè)谶@里是為了學(xué)習(xí)，所以讓我們通過(guò)“手動(dòng)”方式實(shí)現(xiàn)相同效果。為了縮短代碼長(zhǎng)度， 我們已經(jīng)將光照通道 (“ForwardBase”) 替換為僅執(zhí)行無(wú)紋理環(huán)境光的代碼。在它下面，有一個(gè)“ShadowCaster”通道，讓對(duì)象能夠支持陰影投射。

現(xiàn)在下方有一個(gè)平面，使用常規(guī)的內(nèi)置漫射著色器，因此我們可以看到 我們的陰影生效（請(qǐng)記住，我們當(dāng)前的著色器還不支持_接受_陰影！）。

我們使用了?#pragma multi_compile_shadowcaster?指令。這會(huì)導(dǎo)致著色器被編譯為多個(gè)變體，并為每個(gè)變體定義了不同的預(yù)處理器宏（有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱?多個(gè)著色器變體頁(yè)面）。渲染到陰影貼圖時(shí)，點(diǎn)光源與其他光源類(lèi)型需要著色器代碼略有不同，這就是需要此指令的原因。

接受陰影

要實(shí)現(xiàn)對(duì)接受陰影的支持，必須將基礎(chǔ)光照通道編譯成 若干變體，以正確處理“沒(méi)有陰影的方向光”和“有陰影的方向光”這兩種情況。#pragma multi_compile_fwdbase?指令便可執(zhí)行此操作（有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱?多個(gè)著色器變體）。實(shí)際上它的功能還不止于此： 它還為不同的光照貼圖類(lèi)型編譯變體、實(shí)時(shí) GI 打開(kāi)或關(guān)閉等。目前我們不需要這些，所以我們將明確跳過(guò)這些變體。

然后，為了獲得實(shí)際的陰影計(jì)算，我們將?#include “AutoLight.cginc”?著色器的?include 文件?并使用該文件中的 SHADOW_COORDS、TRANSFER_SHADOW 和 SHADOW_ATTENUATION 宏。

下面是著色器：

看看，現(xiàn)在我們實(shí)現(xiàn)了陰影！

其他著色器示例

Fog

可在此處下載上文中顯示的示例（以?Unity 項(xiàng)目壓縮包的形式提供）。

示例文件：https://docs.unity.cn/cn/2019.4/uploads/Examples/UnityShaderDocExamples.zip