SubShader内部可以有标签(Tags)的定义。Tag指定了这个SubShader的渲染顺序(时机),以及其他的一些设置。
"Queue"
标签。定义渲染顺序。预制的值为"Background"
。值为1000。比如用于天空盒。"Geometry"
。值为2000。大部分物体在这个队列。不透明的物体也在这里。这个队列内部的物体的渲染顺序会有进一步的优化(应该是从近到远,early-z test可以剔除不需经过FS处理的片元)。其他队列的物体都是按空间位置的从远到近进行渲染。"AlphaTest"
。值为2450。已进行AlphaTest的物体在这个队列。"Transparent"
。值为3000。透明物体。"Overlay"
。值为4000。比如镜头光晕。- 用户可以定义任意值,比如
"Queue"="Geometry+10"
"RenderType"
标签。Unity可以运行时替换符合特定RenderType的所有Shader。Camera.RenderWithShader
或者Camera.SetReplacementShader
配合使用。Unity内置的RenderType包括:"Opaque"
:绝大部分不透明的物体都使用这个;"Transparent"
:绝大部分透明的物体、包括粒子特效都使用这个;"Background"
:天空盒都使用这个;"Overlay"
:GUI、镜头光晕都使用这个;- 还有其他可参考Rendering with Replaced Shaders;用户也可以定义任意自己的RenderType字符串。
"ForceNoShadowCasting"
,值为"true"
时,表示不接受阴影。"IgnoreProjector"
,值为"true"
时,表示不接受Projector组件的投影。
和SubShader有自己专属的Tag类似,Pass也有Pass专属的Tag。
其中最重要Tag是 "LightMode"
,指定Pass和Unity的哪一种渲染路径(“Rendering Path”)搭配使用。这里需要描述的Tag取值可包括:
Always
,永远都渲染,但不处理光照ShadowCaster
,用于渲染产生阴影的物体ShadowCollector
,用于收集物体阴影到屏幕坐标Buff里。
其他渲染路径相关的Tag详见下面章节“Unity渲染路径种类”。
具体所有Tag取值,可参考ShaderLab syntax: Pass Tags。
- Shader在Unity编辑器暴露给美术的参数,通过Properties来实现。
- 所有可能的参数如上所示。主要也就Float、Vector和Texture这3类。
- 除了通过编辑器编辑Properties,脚本也可以通过
Material
的接口(比如SetFloat
、SetTexture
编辑) - 之后在Shader程序通过
[name]
(固定管线)或直接name
(可编程Shader)访问这些属性。Shader中的数据类型
有3种基本数值类型:
float
、half
和fixed
。
这3种基本数值类型可以再组成vector和matrix,比如half3
是由3个half
组成、float4x4
是由16个float
组成。float
:32位高精度浮点数。half
:16位中精度浮点数。范围是[-6万, +6万],能精确到十进制的小数点后3.3位。fixed
:11位低精度浮点数。范围是[-2, 2],精度是1/256。
数据类型影响性能
- 精度够用就好。
- 颜色和单位向量,使用
fixed
- 其他情况,尽量使用
half
(即范围在[-6万, +6万]内、精确到小数点后3.3位);否则才使用float
。
- 颜色和单位向量,使用
- 不要将低精度
fixed
类型转换为更高的精度,否则会产生性能问题。 - 低精度
fixed
不要使用“swizzle”(即形如myFixed4.xyzw
、myFixed2.xyxy
,中文不知咋译,“搅和
访问”?),否则会产生性能问题。作者donaldwu说:swizzle在编写Shader里是经常用到的,但到底怎样才算swizzle?
myFixed4.x
算不算?myFixed4.xyzw
算不算?myFixed4.xyxy
算不算?还是都算?
这个目前没有找到权威的定义,所以为了不要影响效率,建议fixed
尽量不要出现上面任意一种形式。
Shader形态
Shader形态之1:固定管线
固定管线是为了兼容老式显卡。都是顶点光照。之后固定管线可能是被Unity抛弃的功能,所以最好不学它、当它不存在。特征是里面出现了形如下面
Material
块、没有CGPROGRAM
和ENDCG
块。Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" { Properties { _Color ("My Color", Color) = (.34, .85, .92, 1) // color } // Fixed Pipeline SubShader { Pass { Material{ Diffuse [_Color] Ambient [_Color] } Lighting On } } }
Shader形态之2:可编程Shader
Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" { Properties {} SubShader { Pass { // ... the usual pass state setup ... CGPROGRAM // compilation directives for this snippet, e.g.: #pragma vertex vert #pragma fragment frag // the Cg/HLSL code itself float4 vert(float4 v:POSITION) : SV_POSITION{ return mul(UNITY_MATRIX_MVP, v); } float4 frag() : COLOR{ return fixed4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); } ENDCG // ... the rest of pass setup ... } } }
- 功能最强大、最自由的形态。
- 特征是在Pass里出现
CGPROGRAM
和ENDCG
块 - 编译指令
#pragma
。详见官网Cg snippets。其中重要的包括:
编译指令 示例/含义 #pragma vertex name
#pragma fragment name
替换name,来指定Vertex Shader函数、Fragment Shader函数。 #pragma target name
替换name(为 2.0
、3.0
等)。设置编译目标shader model的版本。#pragma only_renderers name name ...
#pragma exclude_renderers name name...
#pragma only_renderers gles gles3
,
#pragma exclude_renderers d3d9 d3d11 opengl
,
只为指定渲染平台(render platform)编译- 引用库。通过形如
#include "UnityCG.cginc"
引入指定的库。常用的就是UnityCG.cginc
了。其他库详见官网Built-in shader include files。 - ShaderLab内置值。Unity给Shader程序提供了便捷的、常用的值,比如下面例子中的
UNITY_MATRIX_MVP
就代表了这个时刻的MVP矩阵。详见官网ShaderLab built-in values。 - Shader输入输出参数语义(Semantics)。在管线流程中每个阶段之间(比如Vertex Shader阶段和FragmentShader阶段之间)的输入输出参数,通过语义字符串,来指定参数的含义。常用的语义包括:
COLOR
、SV_Position
、TEXCOORD[n]
。完整的参数语义可见HLSL Semantic(由于是HLSL的连接,所以可能不完全在Unity里可以使用)。 - 特别地,因为Vertex Shader的的输入往往是管线的最开始,Unity为此内置了常用的数据结构:
数据结构 含义 appdata_base vertex shader input with position, normal, one texture coordinate. appdata_tan vertex shader input with position, normal, tangent, one texture coordinate. appdata_full vertex shader input with position, normal, tangent, vertex color and two texture coordinates. appdata_img vertex shader input with position and one texture coordinate. Shader形态之3:SurfaceShader
Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" { Properties { } // Surface Shader SubShader { Tags { "RenderType" = "Opaque" } CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert struct Input { float4 color : COLOR; }; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = 1; } ENDCG } FallBack "Diffuse" }
- SurfaceShader可以认为是一个光照Shader的语法糖、一个光照VS/FS的生成器。减少了开发者写重复代码的需要。
- 在手游,由于对性能要求比较高,所以不建议使用SurfaceShader。因为SurfaceShader是一个比较“通用”的功能,而通用往往导致性能不高。
- 特征是在SubShader里出现
CGPROGRAM
和ENDCG
块。(而不是出现在Pass里。因为SurfaceShader自己会编译成多个Pass。) - 编译指令是:
#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]
surfaceFunction
:surfaceShader函数,形如void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
lightModel
:使用的光照模式。包括Lambert
(漫反射)和BlinnPhong
(镜面反射)。- 也可以自己定义光照函数。比如编译指令为
#pragma surface surf MyCalc
- 在Shader里定义
half4 LightingMyCalc (SurfaceOutput s, 参数略)
函数进行处理(函数名在签名加上了“Lighting”)。 - 详见Custom Lighting models in Surface Shaders
- 在Shader里定义
- 也可以自己定义光照函数。比如编译指令为
- 你定义输入数据结构(比如上面的
Input
)、编写自己的Surface函数处理输入、最终输出修改过后的SurfaceOutput。SurfaceOutput的定义为struct SurfaceOutput { half3 Albedo; // 纹理颜色值(r, g, b) half3 Normal; // 法向量(x, y, z) half3 Emission; // 自发光颜色值(r, g, b) half Specular; // 镜面反射度 half Gloss; // 光泽度 half Alpha; // 不透明度 };
Unity渲染路径(Rendering Path)种类
概述
开发者可以在Unity工程的PlayerSettings设置对渲染路径进行3选1:
- Deferred Lighting,延迟光照路径。3者中最高质量地还原光照阴影。光照性能只与最终像素数目有关,光源数量再多都不会影响性能。
- Forward Rendering,顺序渲染路径。能发挥出Shader全部特性的渲染路径,当然也就支持像素级光照。最常用、功能最自由,性能与光源数目*受光照物体数目有关,具体性能视乎其具体使用到的Shader的复杂度。
- Vertex Lit,顶点光照路径。顶点级光照。性能最高、兼容性最强、支持特性最少、品质最差。
渲染路径的内部阶段和Pass的LightMode标签
每个渲染路径的内部会再分为几个阶段。
然后,Shader里的每个Pass,都可以指定为不同的LightMode。而LightMode实际就是说:“我希望这个Pass在这个XXX渲染路径的这个YYY子阶段被执行”。Deferred Ligting
渲染路径内部子阶段 对应的LightMode 描述 Base Pass "PrepassBase"
渲染物体信息。即把法向量、高光度到一张ARGB32的物体信息纹理上,把深度信息保存在Z-Buff上。 Lighting Pass 无对应可编程Pass 根据Base Pass得出的物体信息,在屏幕坐标系下,使用BlinnPhong光照模式,把光照信息渲染到ARGB32的光照信息纹理上(RGB表示diffuse颜色值、A表示高光度) Final Pass "PrepassFinal"
根据光照信息纹理,物体再渲染一次,将光照信息、纹理信息和自发光信息最终混合。LightMap也在这个Pass进行。 Forward Rendering
渲染路径内部子阶段 对应的LightMode 描述 Base Pass "ForwardBase"
渲染:最亮一个的方向光光源(像素级)和对应的阴影、所有顶点级光源、LightMap、所有LightProbe的SH光源(Sphere Harmonic,球谐函数,效率超高的低频光)、环境光、自发光。 Additional Passes "ForwardAdd"
其他需要像素级渲染的的光源 注意到的是,在Forward Rendering中,光源可能是像素级光源、顶点级光源或SH光源。其判断标准是:
- 配制成“Not Important”的光源都是顶点级光源和SH光源
- 最亮的方向光永远都是像素级光源
- 配置成“Important”的都是像素级光源
- 上面2种情况加起来的像素级光源数目小于“Quality Settings”里面的“Pixel Light Count”的话,会把第1种情况的光源补为额外的像素级光源。
另外,配置成“Auto”的光源有更复杂的判断标注,截图如下:
具体可参考Forward Rendering Path Details。Vertex Lit
渲染路径内部子阶段 对应的LightMode 描述 Vertex "Vertex"
渲染无LightMap物体 VertexLMRGBM "VertexLMRGBM"
渲染有RGBM编码的LightMap物体 VertexLM "VertexLM"
渲染有双LDR编码的LightMap物体 不同LightMode的Pass的被选择
一个工程的渲染路径是唯一的,但一个工程里的Shader是允许配有不同LightMode的Pass的。
在Unity,策略是“从工程配置的渲染路径模式开始,按Deferred、Forward、VertxLit的顺序,搜索最匹配的LightMode的一个Pass”。
比如,在配置成Deferred路径时,优先选有Deferred相关LightMode的Pass;找不到才会选Forward相关的Pass;还找不到,才会选VertexLit相关的Pass。
再比如,在配置成Forward路径时,优先选Forward相关的Pass;找不到才会选VertexLit相关的Pass。
************转http://www.tuicool.com/articles/ABNbyi*******************
因为Unity中基础的固定功能Shader的知识点基本上讲完,下期开始就要准备讲表面着色器(Surface Shader)了,所以在文章开头,让我们复习和更深入了解一下Unity中Shader的三种形态。
在Unity中,Shader便可以分成如下三种基本类型:
1. 固定功能着色器(FixedFunction Shader)
2. 表面着色器(SurfaceShader)
3. 顶点着色器&片段着色器(Vertex Shader & Fragment Shader)
顾名思义,其中的固定功能着色器便是我们所说的固定功能渲染管线(fixed-functionrenderingpipelines)的具体表现,而表面着色器、顶点着色器以及片段着色器便属于可编程渲染管线。下面分别对其进行简单的介绍。
1.1 Unity中的Shader形态之一:固定功能Shader
这里的固定功能着色器可以说是Unity为Shader的书写自带的一层壳,Unity已经在内部为我们做了大量的工作,我们只要稍微记住一些关键字、一些规范就可以实现出很多不错的效果。固定功能着色器是我们初学Unity Shader的最近几篇文章中的主要学习对象。而后面的表面着色器、顶点着色器以及片段着色器就是在固定功能着色器的基础上嵌套了CG语言的代码而成的更加复杂的着色器。我们来看看他们的一些基本概念。
固定管线是为了兼容老式显卡。都为顶点光照,就是我们前四篇文章加上这篇文章中讲到的内容。
其特征是里面的核心是下面Material材质属性块、没有CGPROGRAM和ENDCG块,以及各种顶点着色和片段着色的宏命令。
一个光照材质完备版的固定功能Shader示例如下:
1.2 Unity中的Shader形态之二:表面着色器SurfaceShader
这部分算是Unity微创新自创的一套着色器标准。
表面着色器(Surface Shader)这个概念更多的只是在Unity中听说,可以说是Unity自己发扬光大的一项使Shader的书写门槛降低和更易用的技术。我们会在接下来的学习中逐渐意识到Unity是如何为我们把Shader的复杂性包装起来,使其书写的过程更便捷和易用
的。一些特性如下:
• SurfaceShader可以认为是一个光照Shader的语法块、一个光照VS/FS的生成器。减少了开发者写重复代码的需要。
• 特征是在SubShader里出现CGPROGRAM和ENDCG块。(而不是出现在Pass里。因为SurfaceShader自己会编译成多个Pass。)
• 编译指令是:
#pragma surface surfaceFunction lightModel[optionalparams]
o surfaceFunction:surfaceShader函数,形如void surf (Input IN, inoutSurfaceOutput o)
o lightModel:使用的光照模式。包括Lambert(漫反射)和BlinnPhong(镜面反射)。
也可以自己定义光照函数。比如编译指令为#pragma surface surf MyCalc
在Shader里定义half4 LightingMyCalc (SurfaceOutputs, 参数略)函数进行处理(函数名在签名加上了“Lighting”)。
• 我们自己定义输入数据结构(比如上面的Input)、编写自己的Surface函数处理输入、最终输出修改过后的SurfaceOutput。而SurfaceOutput的定义为:
上面是一些特性总结,让我们看一个具体Shader示例:
- 功能最强大、最自由的形态。
- 特征是在Pass里出现CGPROGRAM和ENDCG块
- 编译指令#pragma。详见 官网Cg snippets 。其中重要的包括:
- 关于引用库。通过形如#include "UnityCG.cginc"引入指定的库。常用的就是UnityCG.cginc了。其他库详见 官网Built-in shader include files 。
- ShaderLab内置值。Unity给Shader程序提供了便捷的、常用的值,比如下面例子中的UNITY_MATRIX_MVP就代表了这个时刻的MVP矩阵。详见 官网ShaderLab built-in values 。
- Shader输入输出参数语义(Semantics)。在管线流程中每个阶段之间(比如Vertex Shader阶段和FragmentShader阶段之间)的输入输出参数,通过语义字符串,来指定参数的含义。常用的语义包括:COLOR、SV_Position、TEXCOORD[n]。完整的参数语义可见 HLSL Semantic (由于是HLSL的连接,所以可能不完全在Unity里可以使用)。
- 特别地,因为Vertex Shader的的输入往往是管线的最开始,Unity为此内置了常用的数据结构:
数据结构
含义
appdata_base
顶点着色器 输入位置、法线以及一个纹理坐标。
appdata_tan
顶点着色器 输入位置、法线、切线以及一个纹理坐标。
appdata_full
顶点着色器 输入位置、法线、切线、顶点颜色以及两个纹理坐标。
appdata_img
顶点着色器 输入位置以及一个纹理坐标。
让我们用一个可编程着色器Shader示例结束此部分的讲解:
Add
将源像素和目标像素相加.
Sub
用源像素减去目标像素
RevSub
用目标像素减去源像素
Min
取目标像素和源像素颜色的较小者作为结果
Max
取目标像素和源像素颜色的较大者作为结果
2.2 混合因子(Blend factors)列举
以下所有的属性都可作为SrcFactor或DstFactor。其中,Source指的是被计算过的颜色,Destination是已经在屏幕上的颜色。
One 值为1,使用此因子来让帧缓冲区源颜色或是目标颜色完全的通过。 Zero 值为0,使用此因子来删除帧缓冲区源颜色或目标颜色的值。 SrcColor 使用此因子为将当前值乘以帧缓冲区源颜色的值 SrcAlpha 使用此因子为将当前值乘以帧缓冲区源颜色Alpha的值。 DstColor 使用此因子为将当前值乘以帧缓冲区源颜色的值。 DstAlpha 使用此因子为将当前值乘以帧缓冲区源颜色Alpha分量的值。 OneMinusSrcColor 使用此因子为将当前值乘以(1 -帧缓冲区源颜色值) OneMinusSrcAlpha 使用此因子为将当前值乘以(1 -帧缓冲区源颜色Alpha分量的值) OneMinusDstColor 使用此因子为将当前值乘以(1 –目标颜色值) OneMinusDstAlpha 使用此因子为将当前值乘以(1 –目标Alpha分量的值) 2.3 常见的混合操作句法示例
上面都是一些句法和列表的列举,往往会令人一头雾水,下面这是一些示例,用其中的任何一句加在Pass中就可以实现对应的混合操作了:
三、QianMo's Toolkit升级到v1.3
这次QianMo's Toolkit又迎来了新的特性——飞翔。
将脚本赋给Controller,并调整相应的速度,(并可以先禁掉之前的鼠标视角控制相关脚本)然后点运行,并可以在天空中自由地飞翔了。
其中用W、A、S、D控制前后左右,R、F控制上升下降。
其代码如下:
//-----------------------------------------------【脚本说明】------------------------------------------------------- // 脚本功能: 控制Contorller在场景中飞翔 // 使用语言: C# // 开发所用IDE版本:Unity4.5 06f 、Visual Studio 2010 // 2014年12月 Created by 浅墨 // 更多内容或交流,请访问浅墨的博客:http://blog.youkuaiyun.com/poem_qianmo //--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- //-----------------------------------------------【使用方法】------------------------------------------------------- // 第一步:在Unity中拖拽此脚本到场景的Controller之上,或在Inspector中[Add Component]->[浅墨's Toolkit]->[SetMaxFPS] // 第二步:在面板中设置相关鼠标速度 //--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- using UnityEngine; using System.Collections; //添加组件菜单 [AddComponentMenu("浅墨's Toolkit/FlyController")] public class FlyController : MonoBehaviour { //参数定义 public float lookSpeed = 5.0f; public float moveSpeed = 1.0f; public float rotationX = 0.0f; public float rotationY = 0.0f; void Update() { //获取鼠标偏移量 rotationX += Input.GetAxis("Mouse X") * lookSpeed; rotationY += Input.GetAxis("Mouse Y") * lookSpeed; rotationY = Mathf.Clamp(rotationY, -90, 90); //鼠标控制视角 transform.localRotation = Quaternion.AngleAxis(rotationX, Vector3.up); transform.localRotation *= Quaternion.AngleAxis(rotationY, Vector3.left); transform.position += transform.forward * moveSpeed * Input.GetAxis("Vertical"); transform.position += transform.right * moveSpeed * Input.GetAxis("Horizontal"); //I键,向上平移 if (Input.GetKey(KeyCode.R)) transform.position += transform.up * moveSpeed; //K键,向下平移 if (Input.GetKey(KeyCode.F)) transform.position -= transform.up * moveSpeed; } }
***********************************************************************************************