本文章用于幫助自己學習，因此只記錄一些個人認為比較重要或者還不夠熟悉的內容，
原作者：http://blog.csdn.net/candycat1992/article/
第五章 開始Unity Shader學習之旅
5.1一個最簡單的頂點/片元著色器
5.1.1頂點/片元著色器基本結構
Shader “MyShaderName” {
Properties {
//屬性
}
SubShader {
//針對顯卡A的SubShader
Pass {
//設定渲染狀態和標簽
CGPROGRAM//開始CG代碼片段
//該代碼片段的編譯指令，例如：
#pragina vertex vert
#pragma fragment frag
// CG代碼寫在這里
ENDCG//結束CG代碼片段
//其他設定
}
//其他需要的Pass
}
SubShader {
//針對顯卡B的SubShader
}
//上述SubShader都失敗后用于回呼的Unity Shader
Fallback “VertexLit”
}
其中，最重要的部分是Pass語意塊，絕大部分的代碼都是寫在這個語意塊里面的，下面就來創建一個最簡單的頂點/片元著色器，
- 新建一個場景，把它命名為Scene_5_2，在Unity 的選單中，選擇Window -> Lighting -> Skybox,把該項置為空，去掉天空盒子，
- 新建一個 Unity Shader,把它命名為 Chapter5-SimpleShader，
- 新建一個材質，把它命名為SimpleShaderMat，把第2步中新建的Unity Shader賦給它，
- 新建一個球體，拖曳它的位置以便在Game視圖中可以合適地顯示岀來，把第3步中新 建的材質拖曳給它，
- 雙擊打開第2步中創建的Unity Shadero洗掉里面的所有代碼，把下面的代碼粘貼進去:
//定義了這個Unity Shader的名字
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 5/Simple Shader"
{
SubShader
{
//宣告SubShader 和 Pass 語意塊
Pass
{
CGPROGRAM
//告訴Unity，哪個函式包含了頂點著色器的代碼，哪個函式包含了片元著色器的代碼，其中vert和frag就是指定的函式名，可以是任意自定義的合法函式名，
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//POSITON和SV_POSITION 都是CG/HLSL中的語意(semantics)
//POSITON將告訴Unity,把模型的頂點坐標填充到輸入引數v中
//SV_POSITION將告訴Unity, 頂點著色器的輸出是裁剪空間中的頂點坐標，
float4 vert(float4 v : POSITION) : SV_POSITION
{
//頂點坐標從模型空間轉換到裁剪空間中，
//等同于return mul(UNITY_MATRIX_MVP, v);
//UNITY_MATRIX_MVP 矩陣是unity 內置的模型·觀察·投影矩陣，
return UnityObjectToClipPos(v);
}
//片元著色器代碼
//SV_Target 也是HLSL 中的一個系統語意，告訴渲染器，把用戶的輸出顏色存盤到一個渲染目標中
fixed4 frag() : SV_Target
{
//直接回傳一個白色
return fixed4(1.0,1.0,1.0,1.0);
}
ENDCG
}
}
}
5.1.2模型資料以及著色器通信
在上面的例子中，在頂點著色器中我們使用POSITION語意得到了模型的頂點位置，現在，我們想要得到模型上每個頂點的紋理坐標和法線方向，需要為頂點著色器定義一個新的輸入引數，這個引數不再是一個簡單的資料型別，而是一個結構體，而在實踐中，往往希望從頂點著色器輸出一些資料，例如把模型的法線、紋理坐標等傳遞給片元著色器，修改后代碼如下：
//定義了這個Unity Shader的名
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 5/Simple Shader"
{
SubShader
{
//宣告SubShader 和 Pass 語意塊
Pass
{
CGPROGRAM
//告訴Unity，哪個函式包含了頂點著色器的代碼，哪個函式包含了片元著色器的代碼，其中vert和frag就是指定的函式名，可以是任意自定義的合法函式名，
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//使用一個結構體來定義頂點著色器的輸入
struct a2v
{
//POSITION 語意告訴Unity，用模型空間的頂點坐標填充vertext變數
float4 vertex : POSITION;
//NORMAL 語意告訴Unity，用模型空間的法線方向填充normal變數
float3 normal : NORMAL;
//TEXTCOORD0 語意告訴Unity，用模型的第一套紋理坐標填充textcoord變數
//float4 texcoord : TEXTCOORD0;
};
//使用一個結構體來定義頂點著色器的輸出
struct v2f
{
// SV_POSITION語意告訴Unity, pos里包含了頂點在裁剪空間中的位置資訊
float4 pos : SV_POSITION;
// COLORO語意可以用于存盤顏色資訊
fixed3 color : COLOR0;
}；
v2f vert(a2v v) : SV_POSITION
{
//宣告輸出結構
v2f o;
//使用v. vertex來訪河模型空間的頂點坐標
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//v.normal 包含了頂點的法線方向，其分量范圍在[-1.0, 1.0]
//下面的代碼把分量范圍映射到了[0.0, 1.0]
//存盤到o.color 中傳遞給片元著色器
o.color = v.normal * 0.5 + fixed3(0.5, 0.5, 0.5);
return o;
}
//片元著色器代碼
//SV_Target 也是HLSL 中的一個系統語意，告訴渲染器，把用戶的輸出顏色存盤到一個渲染目標中
fixed4 frag() : SV_Target
{
//將插值后的i . color顯示到螢屏上
return fixed4(i.color,1.0);
}
ENDCG
}
}
}
在上面的代碼中，我們宣告了一個新的結構體v2f，v2f用于在頂點著色器和片元著色器之間傳遞資訊，需要注意的是，頂點著色器是逐頂點呼叫的，而片元著色器是逐片元呼叫的，片元著色器中的輸入實際上是把頂點著色器的輸出進行插值后得到的結果，
5.1.3如何使用屬性
材質提供給我們一個可以 方便地調節Unity Shader中引數的方式，通過這些引數，我們可以隨時調整材質的效果，而這些 引數就需要寫在Properties語意塊中，
現在，我們有了新的需求，我們想要在材質面板顯示一個顏色拾取器，從而可以直接控制模型在螢屏上顯示的顏色，為此，我們繼續修改上面的代碼，
//定義了這個Unity Shader的名字
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 5/Simple Shader"
{
Properties
{
//宣告一個Color 型別的屬性，顯示名稱是Color Tint，
_Color ("Color Tint", Color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
}
SubShader
{
//宣告SubShader 和 Pass 語意塊
Pass
{
CGPROGRAM
//告訴Unity，哪個函式包含了頂點著色器的代碼，哪個函式包含了片元著色器的代碼，其中vert和frag就是指定的函式名，可以是任意自定義的合法函式名，
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//在CG代碼中，我們需要定義一個與屬性名稱和型別都匹配的變數
fixed4 _Color;
//使用一個結構體來定義頂點著色器的輸入
struct a2v
{
//POSITION 語意告訴Unity，用模型空間的頂點坐標填充vertext變數
float4 vertex : POSITION;
//NORMAL 語意告訴Unity，用模型空間的法線方向填充normal變數
float3 normal : NORMAL;
//TEXTCOORD0 語意告訴Unity，用模型的第一套紋理坐標填充textcoord變數
//float4 texcoord : TEXTCOORD0;
};
//使用一個結構體來定義頂點著色器的輸出
struct v2f
{
// SV_POSITION語意告訴Unity, pos里包含了頂點在裁剪空間中的位置資訊
float4 pos : SV_POSITION;
// COLORO語意可以用于存盤顏色資訊
fixed3 color : COLOR0;
}；
v2f vert(a2v v) : SV_POSITION
{
//宣告輸出結構
v2f o;
//使用v. vertex來訪河模型空間的頂點坐標
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//v.normal 包含了頂點的法線方向，其分量范圍在[-1.0, 1.0]
//下面的代碼把分量范圍映射到了[0.0, 1.0]
//存盤到o.color 中傳遞給片元著色器
o.color = v.normal * 0.5 + fixed3(0.5, 0.5, 0.5);
return o;
}
//片元著色器代碼
//SV_Target 也是HLSL 中的一個系統語意，告訴渲染器，把用戶的輸出顏色存盤到一個渲染目標中
fixed4 frag() : SV_Target
{
//將插值后的i . color顯示到螢屏上
return fixed4(i.color,1.0);
}
ENDCG
}
}
}
在上面的代碼中，我們首先添加Properties語意塊中，并在其中宣告了一個屬性_Color,它的型別是Color,初始值是(1.0,1.0,1.0,1.0),對應白色，為了在CG代碼中可以訪問它，我們還需要在CG代碼片段中提前定義一個新的變數，這個變數的名稱和型別必須與Properties語意塊中的屬性定義相匹配，
5.2Unity提供的內置檔案和變數
5.2.1內置的包含檔案
包含檔案(include file),是類似于C++中頭檔案的一種檔案，在Unity中，它們的檔案后綴是.cginco，在撰寫Shader時，我們可以使用**#include**指令把這些檔案包含進來，這樣我們就可以使用Unity為我們提供的一些非常有用的變數和幫助函式，例如：
CGPROGRAM
// ...
#include "UnityCG.cginc"
//...
ENDCG
UnityCG.cginc是我們最常接觸的一個包含檔案，在后面的學習中，我們將使用很多該檔案提供的結構體和函式，為我們的撰寫提供方便，例如，我們可以直接使用UnityCGcginc中預定義的結構體作為頂點著色器的輸入和輸出，
除了結構體外，UnityCGcginc也提供了一些常用的幫助函式，
5.3Unity提供的CG/HLSL語意
5.3.1什么是語意
語意實際上就是一個賦給Shader輸入和輸出的字串，這個字串表達了這 個引數的含義，
這些語意可以讓Shader知道從哪里讀取資料，并把資料輸出到哪里，
在DirectX 10以后，有了一種新的語意型別，就是系統數值語意（system-value semantics）， 這類語意是以SV開頭的，SV代表的含義就是系統數值（system-value），這些語意在渲染流水線中有特殊的含義，
5.3.2Unity支持的語意
上面的語意中，除了SV_POSITION是有特別含義外，其他語意對變數的含義沒有明確要求，也就是說，我們可以存盤任意值到這些語意描述變數中，通常，如果我們需要把一些自定義的資料從頂點著色器傳遞給片元著色器，一般選用TEXCOORD0等，
5.3.3如何定義復雜的變數型別
一個語意可以使用的暫存器只能處理4個浮點值(float)，因此，如果想要定義矩陣型別，如float3X、float4X4等變數就需要使用更多的空間，
一種方法是，把這些變數拆分成多個變數，例如對于 float4X4的矩陣型別，可以拆分成4個，float4型別的變數，每個變數存盤了矩陣中的一行資料，
5.4DeBug
5.4.1使用假彩色影像
主要思想是，把需要除錯的變數映射到［0,1］之間，把它們作為顏色輸出到螢屏上， 然后通過螢屏上顯示的像素顏色來判斷這個值是否正確，
5.4.2利用神器：Visual Studio
Visual Studio作為Windows系統下的開發利器，在 Visual Studio 2012 版本中也提供了對 Unity Shader 的除錯功能 Graphics Debugger，
通過Graphics Debugger,我們不僅可以查看每個像素的最終顏色、位置等資訊，還可以對頂點著色器和片元著色器進行單步除錯，具體可看相關博文：https://blog.csdn.net/u012632851/article/details/64124352
5.5渲染平臺的差異
5.5.1渲染紋理的坐標差異
在OpenGL(OpenGL ES也是)中，(0,0)點對應了螢屏的左下角，而在DirectX (Meta 1也是)中，(0,0)點對應了左上角，
當使用渲染到紋理技術， 把螢屏影像渲染到一張渲染紋理中時，這種差異會造成紋理翻轉的情況， 幸運的是，當在DirectX平臺上使用渲染到紋理技術時，Unity會為我們翻轉螢屏影像紋理，以便在不同平臺上達到一致性，
在一種特殊情況下Unity不會進行這個翻轉操作，這種情況就是開啟了抗鋸齒并在此時使用了渲染到紋理技術，
這種時候，我們就需要自己在頂點著色器中翻轉某些渲染紋理(例如深度紋理或其他由腳本傳遞過來的紋理)的縱坐標，使之都符合DirectX平臺的規則，例如：
//判斷當前平臺是否是DirectX型別的平臺
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
//判斷_MainTex_TexelSize.y是否小于0來檢驗是否開啟了抗鋸齒
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
//如果是，對除主紋理外的其他紋理的釆樣坐標進行豎直方向上的翻轉
uv.y = 1-uv.y;
#endif
5.5.2Shader的語法語意差異
為了讓Shader 能夠在所有平臺上正常作業，應該盡可能使用下面的語意來描述Shader的輸入輸出變數，
- 使用SV_POSITION來描述頂點著色器輸出的頂點位置，
- 使用SV_Target來描述片元著色器的輸出顏色，
5.5.3其他平臺差異
查看官方檔案：
https://docs.unity3d.com/Manual/SL-PlatformDifferences.html
5.6Shader整潔之道
5.6.1 float、half 還是 fixed
在CG/HLSL中，有3種精度的數值型別：float, half和fixed，這些精度將決定計算結果的數值范圍，
基本建議是，盡可能使用精度較低的型別，因為這可以優化Shader的性能，這一點在移動平臺上尤其重要，
- 使用fixed型別來存盤顏色和單位矢量，
- 如果要存盤更大范圍的資料可以選擇half型別，
- 最差情況下再選擇使用 float，
5.6.2 避免不必要的計算
如果在Shader中進行了過多的運算，使得需要的臨時暫存器數目或指令數目超過了當前可支持的數目，可能會受到Unity的錯誤提示，
通常，我們可以通過指定更高等級的Shader Target來消除這些錯誤，
5.6.3 慎用分支和回圈陳述句
GPU使用了不同于CPU的技術來實作分支陳述句，在最壞的情況下，花在一個分支陳述句的時間相當于運行了所有分支陳述句的時間，因此，不鼓勵在 Shader中使用流程控制陳述句，因為它們會降低GPU的并行處理操作（盡管在現代的GPU上已經有 了改進），
如果我們在Shader中使用了大量的流程控制陳述句，那么這個Shader的性能可能會成倍下降， 一個解決方法是，我們應該盡量把計算向流水線上端移動，例如把放在片元著色器中的計算放到 頂點著色器中，或者直接在CPU中進行預計算，再把結果傳遞給Shader，
一些建議：
- 分支判斷陳述句中使用的條件變數最好是常數，即在Shader運行程序中不會發生變化；
- 每個分支中包含的操作指令數盡可能少；
- 分支的嵌套層數盡可能少，
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/ruanti/267412.html
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