《Unity Shader入门精要》笔记(三) 基础纹理及透明效果-优快云博客

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本文是《Unity Shader入门精要》笔记的第三部分，主要讲解基础纹理的使用，包括纹理坐标、WrapMode、Filter Mode、mipmap、高度纹理、法线纹理和切线空间等概念。此外，还探讨了透明效果，如透明度测试、透明度混合、渲染队列以及开启深度写入的半透明实现策略。

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第七章基础纹理

如何理解纹理？纹理和单纯的颜色有什么区别吗？

保存大量颜色的文件，通过给定坐标获取颜色，而不再是前面那种单纯的颜色，组合起来就能得到图片一样的效果。
纹理坐标怎么使用，怎么获取纹理颜色值？顶点着色器里面可以使用吗？
每个定义的纹理，可以定义一个对应的_ST变量，会自动接收纹理坐标
在顶点着色器中计算uv：
```
o.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _Main_ST.zw;
```
在片元着色器中使用uv
```
fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, o.uv);
```
如果使用顶点计算颜色，可以在顶点着色器按之前的方式计算颜色值，最后在片元着色器中处理 return fixed4(o.color * texColor, 1.0);。
Unity中纹理的属性设置，WrapMode怎么理解。

决定纹理坐标超过[0,1]范围之后，如何获取纹理。例如Repeat方式，超过1的部分又从头开始计算。
Filter Mode属性，设置插值方式
什么是mipmap？如何使用？

多级渐远纹理技术，就是生成多个不同大小的小纹理，在离视线比较远的地方，使用较小的纹理来采样。为什么要搞这个玩意呢？因为当物体比较远的时候，占用的像素数量变少了，uv变化就比较大，那么从源图像采样出来的像素值就非常不连贯了，而提前压缩成小图之后，效果就好很多。另一方面传递给gpu也只需要很小的一个图像了。
什么是高度纹理？法线纹理是什么？怎么使用？效果是什么样的？

这些不同的纹理怎么理解呢？数据还是一样的数据，只是把颜色值当成是别的数据来对待，高度纹理存储的就是高度数据，法线纹理则是法线向量的数据。高度图一般跟法线图一起使用。
由于color数值范围是[0,1]，而法线方向的各分量取值却是[-1,1]，所以在存储前需要转换: $pixel = (normal + 1) /2$ ，一个简单的映射。
使用的时候再 $normal=pixel * 2 - 1$ 得到原来的信息。
法线纹理的作用：在顶点数量较少的情况下，提供额外的法线信息，这样在计算光照的时候，就可从纹理中获得法线来计算。
高度纹理可以用来生成法线纹理。
切线空间怎么定义的？
切线空间由顶点的法线、切线以及垂直这两个向量的向量构成。其中法线作为z轴，切线作为x轴， $y = z \times x$ 。
如果某像素点的法线向量在切线空间下跟顶点一致，那么它的法线为(0,0,1);使用前面的公式转换得到像素为(0.5,0.5,1)，是一个淡蓝色，这就是为什么切线空间下的法线贴图整体都是淡蓝色的原因。
切线使用的时候还可以添加一个_BumpScale的参数，来调节凹凸的缩放
```
fixed3 binormal = UnpackNormal(_BumpTex, o.uv);
binormal.xy *= _BumpScale;
binormal.z = sqrt(1 - dot(binormal.xy, binormal.xy));
```
渐变纹理怎么使用？有什么应用场景？

用于产生具有插画风格的渲染。相比普通的漫反射，可以在指定的地方产生较大的色变，从而产生一种插画式的风格。而该纹理的uv获取方式是：

$h a l f = (n \cdot I + 1) / 2$ $half = (n \cdot I + 1) / 2$
其实就是把(-1,1)映射到(0,1)来作为坐标， fixed3 diffuseColor = tex2D(_RampTex, fixed2(half, half)).rgb * _Color.rgb;
什么是遮罩纹理？有什么应用场景？

一种灵活数据，遮罩纹理存储的数据可以用来控制如高光的比例。
甚至一个纹理的四个通道可以存储不同的数据。

总结：普通贴图纹理是存储一系列颜色的文件，有了纹理坐标，通过一定的函数就能获取到指定的颜色。本质上跟直接使用颜色没太大区别。然而在使用中，我们可以把部分纹理的数据处理成别的含义，就是高度、法线等不同含义的纹理，纹理可以存储任何表面属性。通过不同的数据综合处理，可以得到很多不一样的效果。

第8章透明效果

理解什么是透明度测试及透明度混合。
- ”测试”这个名称就决定了是用来判定像素是否绘制的。使用透明度测试的结果是，要么完全透明，要么完全不透明。
- 透明度混合才是一般意义上的透明。当前物体的颜色跟底层颜色按一定方式混合得出一个新的颜色，看起来就像是透明的。
- 透明需要关闭深度写入，为什么呢？原书提到深度写入会导致其他表明被剔除，这里应该只是针对其他透明物体的表明，因为不透明物体总是在透明物体之前渲染，不存在被剔除的问题。而透明物体之间可能涉及排序问题，所以都不能被剔除。
UnityShader的渲染队列是什么？

预定义的一些渲染顺序，当然用户也可以自定义渲染顺序。如：”Queue”=”Geometry + 1”。序号越小，渲染越早。

透明度混合如何开启，参数的意思？

Blend SrcFactor DstFactor 混合源和目标颜色的混合因子
Blend SrcFactor DstFactor, SrcFactorA DstFactorA 额外提供Alpha的混合因子。Factor取值一般使用预定义的，如One OnMinusSrcColor等
BlendOp BlendOperation 不设置的话，默认是Add，还可以选择其他一些操作，详见下面文档
参考文档Unity Blend说明
使用顶点光照，法线在模型空间下计算，代码更为简洁简单。
v2f vert(a2v v) {
    v2f o;
    o.pos = UnityObjectToClipPos(v.modelPos);
    o.uv = TRANSFORM_TEX(v.coord, _MainTex);

    fixed3 lightDir = normalize(ObjSpaceLightDir(v.modelPos));
    o.diffuse = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb + _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(v.normal, lightDir));  // 使用顶点计算光照

    return o;
}

fixed4 frag(v2f o) : SV_Target {
  fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, o.uv);
  return fixed4(o.diffuse * texColor.rgb, texColor.a);    // 光照同texColor融合
}

开启深度写入的半透明效果如何实现？优点和缺点？
使用两个Pass来渲染，第一个Pass开启深度写入，但不输出颜色，仅用来更新深度值
```
Pass {
        ZWright On
        ColorMask 0
    }
```
该方法只为了解决“单个”透明物体“自身有相覆盖的情况”。并且结果是层级对了，但不能透过自己看到被自己遮挡的部分。所以看起来没啥用。
双面渲染

Cull Off 关闭剔除单纯使用这个方式，渲染顺序可能有不正常。为什么背面和正面的渲染顺序会无法保证呢？？不能理解。
使用两个Pass，第一个Pass中 Cull Front 第二个Pass Cull Back 其他代码一致。