01_UntiyShader基础学习笔记（二）.
本章节学习目标：
- 熟悉UnityShaderlab框架
- 学习Shader代码入门基础
环境配置：
- UnityTA学习计划
- VScode
- Unity2022·····
- UnityShader入门精要
常用语法
clip() //裁剪，低于括号中的数值的时候被渲染识别舍弃掉
saturate() //归一化矢量，范围限制掉0-1
一、UnityShaderLab基本框架
Shader "123" //Shader Name 目录结构写法："CS01/123"
{
Properties //实例属性，实例在材质面板上的属性
{
_Float("Float",Float) = 0.0 //浮点类型实例
_Range("Range",Range(0.0,1.0)) = 0.0 //浮点范围类型实例
_Color("Color",Color) = (0.5,0.5,0.5,0.5) //颜色类型实例
_Vector("Vector",Vector) = (1,1,1,1) //向量类型实例
_Texture("Texture", 2D) = "white" { } //贴图类型实例
}
SubShader //子材质属性，是shader中给的一个子块，每个块描述了如何在特定条件下渲染对象
{
Pass // subshader的组成部分，定义了一个具体的过程，一个subshader可以包含多个Pass，每个Pass代表一次渲染操作
{
//Pass内容
//1、分阶段渲染
// - Pass 描述了一个渲染阶段，从顶点处理到片元处理的过程。
// - 一个对象可以通过多个 Pass 被多次渲染，例如阴影渲染、光照渲染等。
//2、渲染控制
// - 每个 Pass 可以定义自己的渲染状态（如混合模式、深度测试等），并决定如何处理顶点和片元。
//3、多Pass支持复杂效果
// - 对于需要多次绘制的效果（如多光源、后处理），可以通过多个 Pass 实现。
}
}
}
二、UnityShaderLab内容（示例）
Shader "CS02/MiniShader" //Shader的真正名字 可以是路径式的格式
{
/*材质球参数及UI面板
https://docs.unity3d.com/cn/current/Manual/SL-Properties.html
https://docs.unity3d.com/cn/current/ScriptReference/MaterialPropertyDrawer.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/93194054
*/
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "" {}
_Float("Float", Float) = 0.0
_Slider("Slider", Range(0.0,1.0)) = 0.07
_Vector("Vector", Vector) = (.34, .85, .92, 1)
}
/*
这是为了让你可以在一个Shader文件中写多种版本的Shader，但只有一个会被使用。
提供多个版本的SubShader，Unity可以根据对应平台选择最合适的Shader
或者配合LOD机制一起使用。
一般写一个即可
*/
SubShader
{
/*
标签属性，有两种：一种是SubShader层级，一种在Pass层级
https://docs.unity3d.com/cn/current/Manual/SL-SubShaderTags.html
https://docs.unity3d.com/cn/current/Manual/SL-PassTags.html
*/
Tags { "RenderType"="Opaque" }
/*
Pass里面的内容Shader代码真正起作用的地方，
一个Pass对应一个真正意义上运行在GPU上的完整着色器(Vertex-Fragment Shader)
一个SubShader里面可以包含多个Pass，每个Pass会被按顺序执行
*/
Pass
{
CGPROGRAM // Shader代码从这里开始
#pragma vertex vert //指定一个名为"vert"的函数为顶点Shader
#pragma fragment frag //指定一个名为"frag"函数为片元Shader
#include "UnityCG.cginc" //引用Unity内置的文件，很方便，有很多现成的函数提供使用
//https://docs.unity3d.com/Manual/SL-VertexProgramInputs.html
struct appdata //CPU向顶点Shader提供的模型数据
{
//冒号后面的是特定语义词，告诉CPU需要哪些类似的数据
float4 vertex : POSITION; //模型空间顶点坐标
half2 texcoord0 : TEXCOORD0; //第一套UV
half2 texcoord1 : TEXCOORD1; //第二套UV
half2 texcoord2 : TEXCOORD2; //第二套UV
half2 texcoord4 : TEXCOORD3; //模型最多只能有4套UV
half4 color : COLOR; //顶点颜色
half3 normal : NORMAL; //顶点法线
half4 tangent : TANGENT; //顶点切线(模型导入Unity后自动计算得到)
};
struct v2f //自定义数据结构体，顶点着色器输出的数据，也是片元着色器输入数据
{
float4 pos : SV_POSITION; //输出裁剪空间下的顶点坐标数据，给光栅化使用，必须要写的数据
float2 uv : TEXCOORD0; //自定义数据体
//注意跟上方的TEXCOORD的意义是不一样的，上方代表的是UV，这里可以是任意数据。
//插值器：输出后会被光栅化进行插值，而后作为输入数据，进入片元Shader
//最多可以写16个：TEXCOORD0 ~ TEXCOORD15。
float3 normal : TEXCOORD1;
};
/*
Shader内的变量声明，如果跟上面Properties模块内的参数同名，就可以产生链接
*/
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
//Unity内置变量：https://docs.unity3d.com/560/Documentation/Manual/SL-UnityShaderVariables.html
//Unity内置函数：https://docs.unity3d.com/560/Documentation/Manual/SL-BuiltinFunctions.html
//顶点Shader
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
float4 pos_world = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
float4 pos_view = mul(UNITY_MATRIX_V, pos_world);
float4 pos_clip = mul(UNITY_MATRIX_P, pos_view);
o.pos = pos_clip;
//o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
//o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.texcoord0 * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
//o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
o.normal = v.normal;
return o;
}
//片元Shader
half4 frag (v2f i) : SV_Target //SV_Target表示为：片元Shader输出的目标地（渲染目标）
{
//fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
half4 col = float4(i.uv,0.0,0.0);
return col;
}
ENDCG // Shader代码从这里结束
}
}
}
渲染常用设置：
Properties
{
_MinTex("MinTex",2D) = "black"{}
[Enum(UnityEngine.Rendering,CullMode)]_CullMode("CullMode",Float) = 2
//实例剔除选择按钮到材质面板
//Enum(UnityEngine.Rendering,CullMode)Unity内置的属性名
//_CullMode("CullMode",Float) = 2 实例化的名字和默认数值
}
SubShader
{
Tags{"Queue" = "Transparent"} //渲染队列
Pass
{
Zwrite Off //深度开关
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha //混合模式开关
Cull Off //背面剔除开关 1、Cull Off 背面剔除关闭； 2、Cull Front 正面剔除
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdate
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
制作测试示例
- 动态波纹案例
本次示例学到了Time场景时间参数、clip参数的使用和控制UV的方式。
```hlsl shader "Unit/ceshi" { Properties { _Color("Color",Color) = (1,1,1,1) _MainTex("MainTex",2D) = "white" _Noistex("Noistex",2D) = "white" _Vector("Vector",Vector) = (0,0,0,0) _Ton("Ton",Float) = 0.0 _Speed("Speed",Vector) = (0,0,0,0) } SubShader { Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "Unitycg.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 vertex : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
float4 _Color;
sampler2D _MainTex;
sampler2D _Noistex;
float4 _Vector;
float _Ton;
float4 _Speed;
v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv + _Vector.xy + _Vector.zw ;
return o;
}
float4 frag (v2f i) : SV_Target
{
half Maintex = tex2D(_MainTex,i.uv + _Time.y * _Speed.xy);
half nois = tex2D (_Noistex,i.uv + _Time.y * _Speed.zw);
clip(Maintex - nois - _Ton);
return Maintex.xxxx;
}
ENDCG
}
}
} ```
- 半透明混合（问题以及解决方案）
关闭深度写入
打开半透明混合
渲染队列排序
```hlsl shader "Unit/ceshi" { Properties { _Color("Color",Color) = (1,1,1,1) _MainTex("MainTex",2D) = "white" // _Noistex("Noistex",2D) = "white" // _Vector("Vector",Vector) = (0,0,0,0) // _Ton("Ton",Float) = 0.0 _Emiss("Emiss",Float) = 1.0 // _Speed("Speed",Vector) = (0,0,0,0) } SubShader { ZWrite Off Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "Unitycg.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 vertex : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
float4 _Color;
sampler2D _MainTex;
sampler2D _Noistex;
float4 _Vector;
float _Ton;
float4 _Speed;
float _Emiss;
v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv + _Vector.xy + _Vector.zw ;
return o;
}
float4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// half Maintex = tex2D(_MainTex,i.uv + _Time.y * _Speed.xy);
// half nois = tex2D (_Noistex,i.uv + _Time.y * _Speed.zw);
// clip(Maintex - nois - _Ton);
half3 col = _Color.xyz * _Emiss;
half alpha = saturate(tex2D(_MainTex,i.uv).r * _Color .a * _Emiss);
return float4(col,alpha);
}
ENDCG
}
}
} ```
- 边缘光Shader案例
知识点：
- 计算摄像机和物体之间的点乘结果计算物体边缘
- 边缘与中心的光源渐变
- 预先写深度
```hlsl Shader "Unit/Rim" { Properties { _MainColor("MinColor",Color) = (1,1,1,1) _Emiss("Emiss",Float) = 0.0 _Power("Power",Float) = 0.0 } SubShader { Tags {"Queue" = "Transparent"} //预先写深度的pass Pass { Cull Off ZWrite On ColorMask 0 CGPROGRAM float4 _Color; #pragma vertex vert #pragma fragment frag float4 vert(float4 vertexPos : POSITION) : SV_POSITION { return UnityObjectToClipPos(vertexPos); } float4 frag(void) : COLOR { return _Color; }
ENDCG
}
Pass
{
ZWrite On
Blend SrcAlpha One
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 vertex : SV_POSITION;
float3 normal_world : NORMAL;
float2 pos_uv : TEXCOORD0;
float3 view_world : TEXCOORD1;
};
float4 _MainColor;
float _Emiss;
float _Power;
v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.pos_uv = v.uv;
o.normal_world =normalize( mul(float4(v.normal,0.0),unity_WorldToObject).xyz); //计算世界法线
float3 pos_world = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
o.view_world = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - pos_world) ; //计算摄像机的世界法线
return o;
}
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
half3 normal_world = normalize( i.normal_world);
half3 view_world = normalize( i.view_world);
half NdotV = saturate(dot(normal_world,view_world)) ;
half3 col = _MainColor.xyz *_Emiss;
float fresnel = pow((1.0 - NdotV) , _Power );
half alpha =saturate(fresnel *_Emiss);
return float4(col,alpha);
}
ENDCG
```
