在Unity中，Shader(著色器)是用于定義如何渲染圖形(如材質(zhì)、物體表面等)的程序。Shader通過(guò)控制圖形渲染管線中的各種過(guò)程(如顏色、光照、紋理等)，決定了物體最終的視覺(jué)效果。了解Shader的概念和使用方法，是開(kāi)發(fā)高效、獨(dú)特游戲和應(yīng)用的一個(gè)重要步驟。
一、什么是Shader?
Shader可以被看作是一種小程序，它運(yùn)行在圖形處理單元(GPU)上，用于控制渲染過(guò)程中的各個(gè)階段。通過(guò)Shader，開(kāi)發(fā)者可以對(duì)物體的表面屬性、光照、紋理映射等進(jìn)行自定義控制，從而實(shí)現(xiàn)各種特殊效果，比如光照模型、陰影、反射、折射等。
在Unity中，Shader是基于HLSL(High-Level Shading Language)編寫(xiě)的，HLSL是一種與C語(yǔ)言類似的編程語(yǔ)言，用于在GPU上進(jìn)行圖形計(jì)算。
Shader的作用
決定物體表面的視覺(jué)效果：比如顏色、光澤度、透明度、粗糙度等。
控制物體如何與光源交互：例如如何計(jì)算物體的光照和陰影效果。
實(shí)現(xiàn)特殊效果：如環(huán)境反射、折射、粒子效果、光照貼圖等。
二、Shader的類型
在Unity中，常見(jiàn)的Shader類型有：
Surface Shader(表面著色器)：Unity提供的一種高層次的Shader，主要用于處理物體表面的光照和材質(zhì)效果。使用Surface Shader可以簡(jiǎn)化很多光照計(jì)算的工作。
Vertex Shader(頂點(diǎn)著色器)：主要用于處理頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，例如計(jì)算物體的形狀、位置、旋轉(zhuǎn)等。
Fragment Shader(片段著色器)：主要用于處理像素(片段)級(jí)別的計(jì)算，決定每個(gè)像素的顏色。
Compute Shader(計(jì)算著色器)：用于執(zhí)行通用計(jì)算任務(wù)，而不僅限于圖形渲染，通常用于處理更復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。
三、如何在Unity中使用Shader?
1. 創(chuàng)建Shader文件
在Unity中創(chuàng)建一個(gè)新的Shader文件非常簡(jiǎn)單。你可以按照以下步驟進(jìn)行：
右鍵點(diǎn)擊項(xiàng)目視圖中的空白區(qū)域，選擇 Create > Shader，然后選擇一個(gè)適合的Shader類型(如Unlit Shader、Standard Surface Shader等)。
為新創(chuàng)建的Shader文件命名。
2. Shader的基本結(jié)構(gòu)
一個(gè)基本的Shader文件結(jié)構(gòu)通常包括以下幾個(gè)部分：
Properties：定義材質(zhì)的屬性，通常用于暴露給用戶的可調(diào)參數(shù)(如顏色、紋理等)。
SubShader：描述渲染的具體過(guò)程，可以包含一個(gè)或多個(gè)SubShader，每個(gè)SubShader對(duì)應(yīng)不同的渲染方式。
Pass：每個(gè)SubShader可以包含多個(gè)Pass，用于定義具體的渲染操作。
CGPROGRAM 或 HLSLPROGRAM：其中編寫(xiě)頂點(diǎn)和片段著色器的代碼。
3. 示例：基礎(chǔ)的Surface Shader
以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的Surface Shader的示例：
csharpCopy CodeShader "Custom/SimpleShader"
{
Properties
{
_Color ("Color", Color) = (1, 0, 0, 1) // 定義一個(gè)顏色屬性
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {} // 定義一個(gè)紋理屬性
}
SubShader
{
Tags {"Queue"="Opaque"} // 設(shè)置渲染隊(duì)列
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
// 定義傳遞給頂點(diǎn)著色器的結(jié)構(gòu)體
struct appdata_t
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
// 定義傳遞給片段著色器的結(jié)構(gòu)體
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
// 頂點(diǎn)著色器
v2f vert(appdata_t v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
return o;
}
// 片段著色器
half4 frag(v2f i) : SV_Target
{
// 獲取材質(zhì)的顏色
half4 col = _Color;
return col;
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
這個(gè)Shader非常簡(jiǎn)單，它定義了一個(gè)顏色屬性和一個(gè)紋理屬性，并通過(guò)頂點(diǎn)著色器和片段著色器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的著色效果。
4. 創(chuàng)建并應(yīng)用材質(zhì)
一旦你編寫(xiě)了Shader，你就可以使用它來(lái)創(chuàng)建材質(zhì)。具體步驟如下：
在項(xiàng)目視圖中右鍵點(diǎn)擊，選擇 Create > Material 創(chuàng)建一個(gè)新的材質(zhì)。
選中材質(zhì)，然后在Inspector窗口中，將其Shader屬性設(shè)置為你剛才創(chuàng)建的Shader。
將材質(zhì)應(yīng)用到一個(gè)物體上，你會(huì)看到物體的渲染效果已經(jīng)根據(jù)Shader的定義發(fā)生了變化。
5. 調(diào)試與優(yōu)化Shader
編寫(xiě)Shader時(shí)，通常需要反復(fù)調(diào)試。Unity提供了豐富的工具來(lái)幫助你調(diào)試Shader：
Shader Lab：在Shader代碼中可以使用一些指令，如 #pragma 來(lái)控制編譯器行為，調(diào)試不同的渲染效果。
Frame Debugger：Unity的Frame Debugger工具可以幫助你逐步查看每個(gè)Pass的渲染過(guò)程。
Profiler：可以檢查Shader的性能，確保它對(duì)性能的影響最小。
四、常見(jiàn)的Shader技術(shù)
光照模型：不同的光照模型(如Phong、Blinn-Phong、Cook-Torrance等)可以模擬不同的表面光照效果。Unity的Standard Shader默認(rèn)使用Physically Based Rendering(PBR)模型來(lái)模擬更加真實(shí)的光照。
貼圖和紋理映射：使用貼圖(如漫反射貼圖、法線貼圖、粗糙度貼圖等)可以為物體表面提供更多的細(xì)節(jié)，使渲染效果更加逼真。
環(huán)境映射和反射：環(huán)境映射是用來(lái)模擬物體表面反射環(huán)境光的技術(shù)，可以通過(guò)Cubemap或?qū)崟r(shí)反射來(lái)實(shí)現(xiàn)。
后處理效果：后處理Shader用于在圖像渲染完成后進(jìn)行進(jìn)一步的處理，例如模糊、銳化、顏色調(diào)整等。
在Unity中，Shader是實(shí)現(xiàn)自定義視覺(jué)效果的重要工具。通過(guò)編寫(xiě)Shader，開(kāi)發(fā)者可以控制物體的光照、顏色、紋理等屬性，創(chuàng)造出豐富多彩的視覺(jué)效果。雖然Shader的編寫(xiě)需要一定的技術(shù)背景，但掌握Shader的基本概念和使用方法，將使你能夠更好地發(fā)揮Unity的渲染能力，提升游戲或應(yīng)用的視覺(jué)效果。
