[Shader 着色器]终极DIY双面材质攻略

Unity内置的Shader，都是单面效果，想必导入Mesh的同学都碰到过这样的痛苦，布料飘起的背面部分看起来是空气，汽车透过车窗看到是路面...各种蛋疼。

有些文章教导大家 把模型做出厚度来吧，这种做法实在太那个啥了......

其实用改写Shader的方法可以很方便的实现双面材质。
Unity里有3种Shader方式:
1.Fixed Function Shaders 
2.Vertex and Fragment Shaders
3. Surface Shaders
关于这部分的详细介绍，请参考官方的教程。
这三种方式里，都可以通过直接在Shader代码头部添加一个Cull off 语句，实现强制双面渲染。
但是 直接用Cull off的方式 有个重大的缺陷，这材质从两面看无论贴图、颜色、反光、照明情况，都是一模一样的，这并不符合大多数实际情况的常识。
在第1和第2种Shader里，是可以通过在一个渲染子程序里用两个渲染Pass来实现双面不同效果的，这部分网上的资料也很多，写起来也很简单直接。

这里主要讨论的是第三种也是最常用的Surface Shader的双面不同效果的实现。
Surface Shader是不能写在Pass里的，所以要实现它的双面不同效果就要用其他变通的办法。

首先去Unity官方网站下载一个内置Shader的代码包，链接如下：
http://unity3d.com/download_unity/builtin_shaders.zip  
打开后看见一堆.shader文件，可以用任何文本编辑器打开。可以看见系统内建的Shader基本都是Surface方式。
这里随便打开一个Normal-BumpSpec.Shader 这是普通的高光-凹凸贴图材质

复制代码

1. Shader "Bumped Specular" {
2. Properties {
3.     _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
4.     _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)
5.     _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125
6.     _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}
7.     _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}
8. }
9. SubShader {
10.     Tags { "RenderType"="Opaque" }
11.     LOD 400
12.     
13. CGPROGRAM
14. #pragma surface surf BlinnPhong
17. sampler2D _MainTex;
18. sampler2D _BumpMap;
19. fixed4 _Color;
20. half _Shininess;
22. struct Input {
23.     float2 uv_MainTex;
24.     float2 uv_BumpMap;
25. };
27. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
28.     fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
29.     o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;
30.     o.Gloss = tex.a;
31.     o.Alpha = tex.a * _Color.a;
32.     o.Specular = _Shininess;
33.     o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
34. }
35. ENDCG
36. }
37. FallBack "Specular"
38. }

简单解说一下几个关键行：
第一行Shader "Bumped Specular" 指定了这个shader出现在Unity系统Shader菜单里的名字，如果要修改系统内建Shader的源代码，最好把这个名字改掉，否则和系统内建Shader重名啦。我是这样写的: Shader "Hog's shaders/BumpSpec_Twoside" ，这个shader会出现在Hog's shaders组里，系统会自动完成这个加载。
第二行Properties后面的一组以下划线开头的变量表示了这个渲染器需要设置的参数。对于一个高光-凹凸材质来说，需要材质颜色、反光颜色、反光率、材质贴图和法线贴图，这5个变量就对应这5个东西啦，详细请参考系统手册。
在第11行LOD 400 后面加上一行:Cull off，这个材质就会自动双面渲染了 Cull off表示双面都渲染，不写默认是Cull back，不渲染背面。你也可以写上Cull front,不渲染正面。
改完这行 ，把第一行改成你希望的名字，把这个shader文件拷贝到工程的assets目录底下，系统就能自动加载啦。
效果如图：


双面是双面了，但是哪有两面是一样亮、一样高光区域的....，全透光的砖墙，这种双面很少会用到吧。

如何做到双面不同效果呢？
前面说了Surface shader是不能写两个pass渲染不同面的，但其实surface方式可以写多个渲染过程，根本不需要pass的概念，Surface Shader可以这样写：
Call back 
渲染正面的代码
Call front
渲染反面的代码

就可以实现双面不同的控制了。
根据这个原理，其实我们只要把系统内建shader的源代码复制一份，就能实现另一面不同效果了。以下供参考：

复制代码

1. Shader "Hog's shaders/BumpSpec_Twoside" {
2. Properties {
3. //正面5个参数
4.     _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
5.     _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)
6.     _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125
7.     _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}
8.     _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}
9. //反面拷贝 改名 也是5个
10.     _BackColor ("Back Main Color", Color) = (1,1,1,1)
11.     _BackSpecColor ("Back Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)
12.     _BackShininess ("Back Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125
13.     _BackMainTex ("Back Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}
14.     _BackBumpMap ("Back Normalmap", 2D) = "bump" {}
15. }
16. SubShader {
17. Tags { "RenderType"="Opaque" }
18.     LOD 400
19.     Cull back
20. //开始渲染正面    
21. CGPROGRAM
22. //表明是surface渲染方式 主渲染程序是surf 光照模型是BLinnPhong
23. #pragma surface surf BlinnPhong  
26. sampler2D _MainTex;
27. sampler2D _BumpMap;
28. fixed4 _Color;
29. half _Shininess;
31. struct Input {
32.     float2 uv_MainTex;
33.     float2 uv_BumpMap;
34. };
36. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
37.     fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
38.     o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;
39.     o.Gloss = tex.a;
40.     o.Alpha = tex.a * _Color.a;
41.     o.Specular = _Shininess;
42.     o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));}
43. ENDCG
46.     Cull front
47. //开始渲染反面 其实和就是拷贝了一份正面渲染的代码 除了变量名要改    
48. CGPROGRAM
49. #pragma surface surf BlinnPhong
51. sampler2D _BackMainTex;
52. sampler2D _BackBumpMap;
53. fixed4 _BackColor;
54. half _BackShininess;
56. struct Input {
57.     float2 uv_BackMainTex;
58.     float2 uv_BackBumpMap;
59. };
61. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
62.     fixed4 tex = tex2D(_BackMainTex, IN.uv_BackMainTex);
63.     o.Albedo = tex.rgb * _BackColor.rgb;
64.     o.Gloss = tex.a;
65.     o.Alpha = tex.a * _BackColor.a;
66.     o.Specular = _BackShininess;
67.     o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BackBumpMap, IN.uv_BackBumpMap));}
68. ENDCG
69. }
70. FallBack "Specular"
71. }

这是个双面可以分别指定的高光-凹凸材质，注意几个要点：
properties部分只能出现一次，所以这是不能直接拷贝的。因为要为双面指定不同的参数，双面的参数变量名肯定不能一样，这个论坛里都是程序猿，没必要多解释了。我简单的把用于正面的5个参数前面都加上了一个Back用于反面。
在CG代码内部也要对应的应用相应的参数，反面的渲染代码就用刚才全部加了Back的那5个参数。
正面代码段用Cull back 开始 反面的代码用Cull front开始
以下是渲染效果：


一面是砖墙一面是木板。。蛋疼了没
这个模式下，双面也完全可以指定不同的材质，基本上你不用学习很多内建Shader和CG语法，通过简单的copy-paste就能组合出无穷的双面材质来了。

再提升一下，其实我们常用的双面效果，除了透明的材质以外，无非是两种：
一是反面和正面同样纹理，但是不需要高光、反射，只需要一个相对黯淡的被环境光照亮的材质，比如砖墙木盒衣服什么的
二是反面显示为单身或其他纹理，但也不需要高光、反射，只需要被环境光照亮，比如汽车内部 建筑物内部等等。
第一种情况，反面可以沿用正面纹理，但是以普通的Diffuse方式着色
第二种情况，反面不指定或者单独指定纹理，也以普通的Diffuse方式着色
两种情况，反面的渲染都可以借用系统内建Shader的Diffuse渲染代码来实现，方式一的代码：

复制代码

1. Shader "Hog's shaders/BumpSpec_Twoside1" {
2. Properties {
3.     _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
4.     _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)
5.     _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125
6.     _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}
7.     _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}
8.     _BackColor ("Back Main Color", Color) = (1,1,1,1)
9. }
10. SubShader {
11.     Tags { "RenderType"="Opaque" }
12.     LOD 400
13.     Cull back
14.     
15. CGPROGRAM
16. #pragma surface surf BlinnPhong
19. sampler2D _MainTex;
20. sampler2D _BumpMap;
21. fixed4 _Color;
22. half _Shininess;
24. struct Input {
25.     float2 uv_MainTex;
26.     float2 uv_BumpMap;
27. };
29. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
30.     fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
31.     o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;
32.     o.Gloss = tex.a;
33.     o.Alpha = tex.a * _Color.a;
34.     o.Specular = _Shininess;
35.     o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));}
36. ENDCG
38.     Cull front
39.     
40. CGPROGRAM
41. #pragma surface surf Lambert
43. sampler2D _MainTex;
44. fixed4 _BackColor;
46. struct Input {
47.     float2 uv_MainTex;
48. };
50. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
51.     fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex) * _BackColor;
52.     o.Albedo = c.rgb;
53.     o.Alpha = c.a;
54. }
55. ENDCG
56. }
57. FallBack "Specular"
58. }

反面渲染的运算就直接借用了系统的Diffuse Shader,只不过纹理是沿用正面的纹理，只增加了一个反面的颜色变量用来模拟环境光亮度，与纹理混合实现反面效果。渲染效果如下：



方式二代码：

复制代码

1. Shader "Hog's shaders/BumpSpec_Twoside2" {
2. Properties {
3.     _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
4.     _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)
5.     _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 0.078125
6.     _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}
7.     _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}
8.     _BackColor ("Back Main Color", Color) = (1,1,1,1)
9.     _BackMainTex ("Back Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}
10. }
11. SubShader {
12.     Tags { "RenderType"="Opaque" }
13.     LOD 400
14.     Cull back
15.     
16. CGPROGRAM
17. #pragma surface surf BlinnPhong
20. sampler2D _MainTex;
21. sampler2D _BumpMap;
22. fixed4 _Color;
23. half _Shininess;
25. struct Input {
26.     float2 uv_MainTex;
27.     float2 uv_BumpMap;
28. };
30. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
31.     fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
32.     o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;
33.     o.Gloss = tex.a;
34.     o.Alpha = tex.a * _Color.a;
35.     o.Specular = _Shininess;
36.     o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));}
37. ENDCG
39.     Cull front
40.     
41. CGPROGRAM
42. #pragma surface surf Lambert
44. sampler2D _BackMainTex;
45. fixed4 _BackColor;
47. struct Input {
48.     float2 uv_BackMainTex;
49. };
51. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
52.     fixed4 c = tex2D(_BackMainTex, IN.uv_BackMainTex) * _BackColor;
53.     o.Albedo = c.rgb;
54.     o.Alpha = c.a;
55. }
56. ENDCG
57. }
58. FallBack "Specular"
59. }

此方式下反面可以单独指定纹理，不指定就直接显示指定的反面颜色，渲染效果如下



以上只是介绍一个基本思想，在这个基础上能应该能衍生出无穷的变化。对自定义shader有兴趣的可以参考系统手册和Nvidia的CG教学手册。
不过千万不要动不动就使用双面材质，因为会增加系统负荷，应该只用在需要的地方。

把以上代码起个名字另存为.shader文件，导入工程assets，就能直接使用。

http://game.ceeger.com/forum/read.php?tid=3024