【Unity Shader系列】第二篇：ShaderLab语法——Unity Shader的脚手架

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于 2025-09-06 10:59:12 首次发布

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第二篇：ShaderLab语法——Unity Shader的脚手架

核心思想

在Unity中，一个.shader文件并不仅仅包含纯粹的HLSL代码。它是由一种名为ShaderLab的声明式语言组织起来的。ShaderLab是Unity为你提供的“脚手架”或“包装纸”，它用一种清晰的结构定义了Shader的属性、渲染设置和多个渲染子版本（SubShader），而你的HLSL代码（写在CGPROGRAM和ENDCG块中）是这个结构中最核心的“内容”。

你可以把它类比成一份产品说明书：

Properties：是说明书上的可调节旋钮和开关（比如颜色、滑块、纹理选择），暴露给材质Inspector面板。
SubShader/Pass：是说明书的安装指南，告诉GPU在不同的硬件或渲染环境下应该如何设置和执行这个Shader。
CGPROGRAM：是说明书最核心的技术原理和工作细节，只有GPU这位“工程师”会仔细阅读并执行它。

ShaderLab 基本结构解剖

一个最基本的ShaderLab文件结构如下，我们逐块解析：
（语言为glsl）

// 1. 定义Shader在菜单中的路径
Shader "MyShaders/SimpleShader" 
{
    // 2. 属性块：定义在材质面板上可见的可调参数
    Properties 
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Tint Color", Color) = (1,1,1,1)
        _Glossiness ("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
    }

    // 3. 子着色器块：可以定义多个以适应不同硬件，至少一个
    SubShader 
    {
        // 4. 标签：告诉引擎如何以及何时渲染这个SubShader
        Tags { "RenderType"="Opaque" }

        // 5. 渲染通道（Pass）：一次完整的渲染流程。一个SubShader可包含多个Pass
        Pass 
        {
            // 6. 开始CG代码片段
            CGPROGRAM

            // 7. 编译指令：声明顶点着色器和片元着色器的函数名
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            // 8. 引入常用的内置函数和变量
            #include "UnityCG.cginc"

            // 9. 定义与Properties块关联的变量
            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST; // 注意：自动生成的纹理缩放偏移变量
            fixed4 _Color;

            // 10. 定义输入结构体（从CPU到顶点着色器）
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION; // 顶点位置（语义绑定）
                float2 uv : TEXCOORD0;    // 第一套UV坐标
            };

            // 11. 定义输出结构体（从顶点着色器到片元着色器）
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION; // 裁剪空间位置（必须）
            };

            // 12. 顶点着色器函数
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); // 核心变换函数
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex); // 应用纹理缩放偏移
                return o;
            }

            // 13. 片元着色器函数
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // 采样纹理，并乘以颜色属性
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Color;
                return col;
            }
            ENDCG // 结束CG代码片段
        }
    }
    // 14. 后备Shader（可选）
    FallBack "Diffuse"
}

关键部分详解

Properties 属性块:
- 这是你与美术师或自己交互的界面。
- 语法：_VariableName ("Display Name", Type) = DefaultValue {}
- 常见类型：2D（纹理），Color（颜色），Range(min, max)（滑块），Float（浮点数），Vector（四维向量）。
SubShader 和 Pass:
- 一个Shader可以有多个SubShader。Unity会从上到下检查第一个能被目标硬件支持的SubShader。这用于为不同性能的显卡提供不同效果的版本。
- 每个SubShader可以包含多个Pass。每个Pass意味着一次完整的渲染流程。多Pass用于实现复杂的、需要渲染多次的效果（如描边、法线 extrusion 等），但性能开销较大。
Tags:
- 以键值对的形式提供一些“提示”，告诉渲染引擎如何渲染这个SubShader或Pass。
- 例如："RenderType"="Opaque"（是不透明物体），"Queue"="Geometry"（渲染队列是几何体，即2000）。
CGPROGRAM 中的关键:
- #pragma vertex [functionName]：告诉Unity哪个函数是顶点着色器。
- #pragma fragment [functionName]：告诉Unity哪个函数是片元着色器。
- #include "UnityCG.cginc"：极其重要！它包含了Unity预提供的大量帮助函数、宏和内置变量（如UnityObjectToClipPos），能极大简化你的代码。
- 变量传递：在Properties中定义的变量，必须在CG代码段中重新声明一遍（如sampler2D _MainTex;）才能使用。注意：声明一个_MainTex纹理时，Unity会自动生成一个_MainTex_ST（ST = Scale & Tiling）变量来存储其缩放和偏移值。
结构体 (appdata, v2f):
- appdata：输入到顶点着色器的数据模型。用语义（: POSITION） 来标明每个变量的用途。
- v2f（vertex-to-fragment）：顶点着色器输出、并插值后传递给片元着色器的数据。同样使用语义。
语义 (Semantics):
- 这是HLSL中连接数据和管线特定角色的桥梁。
- : POSITION：表示这是顶点位置。
- : TEXCOORD0：表示这是一套纹理坐标。
- : SV_POSITION：表示这个值是裁剪空间的位置（顶点着色器输出必须包含这个）。
- : SV_Target：表示片元着色器输出的颜色值要渲染到目标渲染纹理（屏幕）。