Unity Shader 学习之旅之SurfaceShader

时间：2023-03-09 16:33:55
Unity Shader 学习之旅之SurfaceShader

Unity Shader 学习之旅之SurfaceShader

unity shader 图形图像 

如果大地的每个角落都充满了光明 谁还需要星星,谁还会 在夜里凝望 寻找遥远的安慰——江河

官方文档

一、工作原理

sureface表面着色器相当于unity在顶点片元着色器的基础上进一步的封装。当我们定义一个“surface function”后，可以通过unity已经封装好的的结构体“SurfaceOutput”等直接获取需要的数据，如纹理，法线，光滑度等

二、结构体

2.1标准output结构体

  1. struct SurfaceOutput 
  2. { 
  3. fixed3 Albedo; // 漫反射颜色 
  4. fixed3 Normal; // 切线空间法线 
  5. fixed3 Emission; 
  6. half Specular; // 高光系数 
  7. fixed Gloss; // 高光强度 
  8. fixed Alpha; // alpha 通道 
  9. }; 

2.2Unity5 output结构体

unity5中表面着色器使用基于物理的光照模型。内建Standard和StantardSpecular光照模型使用如下两种结构体：

  1. struct SurfaceOutputStandard 
  2. { 
  3. fixed3 Albedo; // base (diffuse or specular) color 
  4. fixed3 Normal; // tangent space normal, if written 
  5. half3 Emission; 
  6. half Metallic; // 0=non-metal, 1=metal 
  7. half Smoothness; // 0=rough, 1=smooth 
  8. half Occlusion; // occlusion (default 1) 
  9. fixed Alpha; // alpha for transparencies 
  10. }; 
  11. struct SurfaceOutputStandardSpecular 
  12. { 
  13. fixed3 Albedo; // diffuse color 
  14. fixed3 Specular; // specular color 
  15. fixed3 Normal; // tangent space normal, if written 
  16. half3 Emission; 
  17. half Smoothness; // 0=rough, 1=smooth 
  18. half Occlusion; // occlusion (default 1) 
  19. fixed Alpha; // alpha for transparencies 
  20. }; 

三、SurfaceShader编译指令

SurfaceShader被放置在 CGPROGRAM---ENDCG语块之间，需要注意以下两点：

  • 必须放置在SubShader语块中，不能在Pass语块中，SurfaceShader会自主编译成多个Pass
  • 通过使用 #pragma surface ... 来表明这是一个SurfaceShader
  1. #pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams] 

3.1必要参数

  • surfaceFuncton：这就是我们在编译指令中指定的表面着色器Cg函数。可以通过 void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) 这种形式定义。其中input是我们定义的结构体，包含该函数需要的数据信息。
  • lightMode：光照模型可以使用内建的基于物理的 Standard 和StandardSpecular。也可以使用非物理的Lambert BlinnPhong。这几种类型可以直接通过在编译指令中指定，无需在自己实现。
    • Standard 光照模型使用SurfaceOutputStandard output结构体
    • StandardSpecular 光照模型使用SurfaceOutputStandardSpecular output结构体
    • Lambert和BlinnPhong 光照模型使用 SurfaceOutput output结构体

3.2可选参数

通过指定可选参数[optionalparams]，可以让surfaceshader表现出更丰富的效果，如雾效，半透明，阴影等。可选参数具体类型可参考文首给出的 官方文档 查阅。

3.3示例

示例1：使用内置Lambert光照模型的表面着色器

  1. Shader "Example/Rim" { 
  2. Properties { 
  3. _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} 
  4. _BumpMap ("Bumpmap", 2D) = "bump" {} 
  5. _RimColor ("Rim Color", Color) = (0.26,0.19,0.16,0.0) 
  6. _RimPower ("Rim Power", Range(0.5,8.0)) = 3.0 
  7. } 
  8. SubShader { 
  9. Tags { "RenderType" = "Opaque" } 
  10. CGPROGRAM 
  11. #pragma surface surf Lambert 
  12. struct Input { 
  13. float2 uv_MainTex; 
  14. float2 uv_BumpMap; 
  15. float3 viewDir; 
  16. }; 
  17. sampler2D _MainTex; 
  18. sampler2D _BumpMap; 
  19. float4 _RimColor; 
  20. float _RimPower; 
  21. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { 
  22. o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb; 
  23. o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap)); 
  24. half rim = 1.0 - saturate(dot (normalize(IN.viewDir), o.Normal)); 
  25. o.Emission = _RimColor.rgb * pow (rim, _RimPower); 
  26. } 
  27. ENDCG 
  28. }  
  29. Fallback "Diffuse" 
  30. } 

示例2：使用可选参数的表面着色器，通过指定decal:blend，该shader会表现出半透明贴画的效果。

  1. Shader "Example/Decal" { 
  2. Properties { 
  3. _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {} 
  4. } 
  5. SubShader { 
  6. Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry+1" "ForceNoShadowCasting"="True" } 
  7. LOD 200 
  8. Offset -1, -1 
  10. CGPROGRAM 
  11. #pragma surface surf Lambert decal:blend 
  13. sampler2D _MainTex; 
  15. struct Input { 
  16. float2 uv_MainTex; 
  17. }; 
  19. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { 
  20. half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex); 
  21. o.Albedo = c.rgb; 
  22. o.Alpha = c.a; 
  23. } 
  24. ENDCG 
  25. } 
  26. } 

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