Surface Shader:
(1)必须放在SubShdader块，不能放在Pass内部；
(2)#pragma sufrace surfaceFunction lightModel [optionalparams]
(3)格式
CG规定了声明为表面着色器的方法（就是我们这里的surf）的参数类型和名字，因此我们没有权利决定surf的输入输出参数的类型，只能按照规定写。这个规定就是第一个参数是一个Input结构，第二个参数是一个inout的SurfaceOutput结构。
struct SurfaceOutput {
half3 Albedo; //像素的颜色
half3 Normal; //像素的法向值
half3 Emission; //像素的发散颜色
half Specular; //像素的镜面高光
half Gloss; //像素的发光强度
half Alpha; //像素的透明度
};
sampler2D就是GLSL中的2D贴图的类型，相应的，还有sampler1D，sampler3d，samplerCube等等格式。而具体地想知道像素与坐标的对应关系，以及获取这些数据，我们总不能一次一次去自己计算内存地址或者偏移，因此可以通过sampler2D来对贴图进 行操作。
在CG程序中，我们有这样的约定，在一个贴图变量（在我们例子中是_MainTex）之前加上uv两个字母，就代表提取它的uv值（其实就是两个代表贴图上点的二维坐标 ）。
Input 这个输入结构通常拥有着色器需要的所有纹理坐标(texture coordinates)。纹理坐标(Texturecoordinates)必须被命名为“uv”后接纹理(texture)名字。(或者uv2开始，使用第二纹理坐标集)。
可以在输入结构中根据自己的需要，可选附加这样的一些候选值：
float3 viewDir - 视图方向( view direction)值。为了计算视差效果(Parallax effects)，边缘光照(rim lighting)等，需要包含视图方向( view direction)值。
float4 with COLOR semantic -每个顶点(per-vertex)颜色的插值。
float4 screenPos - 屏幕空间中的位置。 为了反射效果，需要包含屏幕空间中的位置信息。比如在Dark Unity中所使用的 WetStreet着色器。
float3 worldPos - 世界空间中的位置。
float3 worldRefl - 世界空间中的反射向量。如果表面着色器(surface shader)不写入法线(o.Normal)参数，将包含这个参数。 请参考这个例子：Reflect-Diffuse 着色器。
float3 worldNormal - 世界空间中的法线向量(normal vector)。如果表面着色器(surface shader)不写入法线(o.Normal)参数，将包含这个参数。
float3 worldRefl; INTERNAL_DATA - 世界空间中的反射向量。如果表面着色器(surface shader)不写入法线(o.Normal)参数，将包含这个参数。为了获得基于每个顶点法线贴图( per-pixel normal map)的反射向量(reflection vector)需要使用世界反射向量(WorldReflectionVector (IN, o.Normal))。
float3 worldNormal; INTERNAL_DATA -世界空间中的法线向量(normal vector)。如果表面着色器(surface shader)不写入法线(o.Normal)参数，将包含这个参数。为了获得基于每个顶点法线贴图( per-pixel normal map)的法线向量(normal vector)需要使用世界法线向量(WorldNormalVector (IN, o.Normal))。
vertex shader modifier：Surface Shader还可以单独指定一个vertex shader，用于做一些运算，vertex函数拥有固定的输入参数 inout appdata_full 。下面的例子通过vertex shader对顶点在发现方向上做了一些偏移：
#pragma surface surf Lambert vertex:vert
void vert (inout appdata_full v)
{
v.vertex.xyz += v.normal * _Amount;
}
也可在vertex shader中计算自定义变量（Input中的这些变量不能以uv开头，否则会出错），这个计算结果会逐像素的传递到surface shader， 如下：
Shader "James/Surface/CustomData"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200 CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert vertex:vert sampler2D _MainTex; struct Input
{
float2 uv_MainTex;
float3 customColor; // 自定义数据
}; void vert(inout appdata_full, out Input o)
{
UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input, o);
o.customColor = abs(v.normal); // 在vs中计算自定义数据
} void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
{
clip(frac((IN.worldPos.y + IN.worldPos.z * 0.1) * 5) - 0.5);
o.Albedo = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb * IN.customColor;
o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}
final color modifier: 编译指令为finalcolor:functionName，函数接收三个参数 Input IN, SurfaceOutput o, inout fixed4 color
final color会影响渲染的最终颜色，它在所有的计算的最后进行影响，比如lightmap、lightprobe等产生的颜色也会受此函数影响。
final color可以用来实现fog，fog只影响渲染的rgb，而不影响alpha，fog的原理是让物体在最终的rgb和fog.color之间根据距离进行过度。
Shader "James/Surface Shader/Final Color Fog Liner" {
Properties {
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert finalcolor:mycolor vertex:myvert
sampler2D _MainTex;
uniform half4 unity_FogColor;
uniform half4 unity_FogStart;
uniform half4 unity_FogEnd;
struct Input {
float2 uv_MainTex;
half fog;
};
// 顶点着色函数
void myvert (inout appdata_full v, out Input data) {
UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input,data);
float pos = length(mul (UNITY_MATRIX_MV, v.vertex).xyz);
float diff = unity_FogEnd.x - unity_FogStart.x;
float invDiff = 1.0f / diff;
data.fog = clamp ((unity_FogEnd.x - pos) * invDiff, 0.0, 1.0);
}
// final color处理函数
void mycolor (Input IN, SurfaceOutput o, inout fixed4 color) {
fixed3 fogColor = unity_FogColor.rgb;
#ifdef UNITY_PASS_FORWARDADD
fogColor = 0;
#endif
color.rgb = lerp (fogColor, color.rgb, IN.fog);
}
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
o.Albedo = c.rgb;
o.Alpha = c.a;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}
uniform：用于指定变量的数据初始化方式。 Uniform inputs，表示一些与三维渲染有关的离散信息数据，这些数据通常由应用程序传入，并通常不会随着图元信息的变化而变化，如材质对光的反射信息、运动矩阵等。Uniform 修辞一个参数，表示该参数的值由外部应用程序初始化并传入。
使用Uniform 修辞的变量，除了数据来源不同外，与其他变量是完全一样的。需要注意的一点是：uniform 修辞的变量的值是从外部传入的，所以在Cg 程序（顶点程序和片段程序）中通常使用uniform 参数修辞函数形参，不容许声明一个用uniform 修辞的局部变量！
Lighting model：光照模式，在编写surface shader时，我们只需要描述各种属性即可，真正的光照计算是Lighting mode负责的。
内置光照模式：Lambert(diffuse lighting)、BlinnPhong(specular lighting)，源码在unity install path}/Data/CGIncludes/Lighting.cginc目录。
Lighting model其实就是按照指定规范编写的一堆cg/hlsl，我们也可以定义自己的Lighting model。
自定义光照模式：
Surface Shader Lighting Models其实就是一些函数，这些函数我们也可以自己来写。
下面的例子就是一个自定义的Lambert光照模式，并在此基础上实现的Toon效果：
Shader "James/Surface Shader/Diffuse" {
Properties {
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_RampTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD
CGPROGRAM
#pragma surface surf SimpleLambert
sampler2D _RampTex;
half4 LightingSimpleLambert(SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten)
{
half NdotL = dot(s.Normal, lightDir);
// [-1, 1] --> [0, 1]
half diff = NdotL *0.5 + 0.5;
half3 ramp = tex2D(_RampTex, float2(diff, 0.5)).rgb;
half4 c;
c.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * ramp * (atten * );
// c.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (diff * atten * 2);
c.a = s.Alpha;
return c;
}
sampler2D _MainTex;
struct Input {
float2 uv_MainTex;
};
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
{
o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}
下面的代码表示了一个简单的BlinnPhong的模式：
Shader "James/Surface Shader/SimpleBlinnPhong" {
Properties {
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD
CGPROGRAM
#pragma surface surf SimpleSpecular
half4 LightingSimpleSpecular(SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten)
{
half3 h = normalize(lightDir + viewDir);
half diff = max(, dot(s.Normal, lightDir));
float nh = max(, dot(s.Normal, h));
float spec = pow(nh, 48.0);
half4 c;
c.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * diff + _LightColor0.rgb * spec) * (atten * );
c.a = s.Alpha;
return c;
}
sampler2D _MainTex;
struct Input {
float2 uv_MainTex;
};
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
o.Albedo = c.rgb;
o.Alpha = c.a;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}
再下面是关于lightmap的光照模式代码，并在光照贴图的基础是添加了一个自定义颜色的实现：
Shader "James/Surface Shader/SimpleLightmap" {
Properties {
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_SelfColor("SceneCooor", Color) = (0.5, , , )
}
SubShader {
Tags { "RenderType" = "Opaque" }
CGPROGRAM
#pragma surface surf Standard
half4 _SelfColor;
half4 LightingStandard (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten) {
half NdotL = dot (s.Normal, lightDir);
half4 c;
c.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (NdotL * atten * );
c.a = s.Alpha;
return c;
}
// 给lightmap乘一个自定义颜色
inline half3 ColorLight (half3 i) {
return _SelfColor.rgb * i;
}
inline fixed4 LightingStandard_SingleLightmap (SurfaceOutput s, fixed4 color) {
half3 lm = ColorLight(DecodeLightmap (color));
return fixed4(lm, );
}
inline fixed4 LightingStandard_DualLightmap (SurfaceOutput s, fixed4 totalColor, fixed4 indirectOnlyColor, half indirectFade) {
half3 lm = ColorLight(lerp (DecodeLightmap (indirectOnlyColor), DecodeLightmap (totalColor), indirectFade));
return fixed4(lm, );
}
inline fixed4 LightingStandard_StandardLightmap (SurfaceOutput s, fixed4 color, fixed4 scale, bool surfFuncWritesNormal) {
UNITY_DIRBASIS
half3 lm = ColorLight(DecodeLightmap (color));
half3 scalePerBasisVector = DecodeLightmap (scale);
if (surfFuncWritesNormal)
{
half3 normalInRnmBasis = saturate (mul (unity_DirBasis, s.Normal));
lm *= dot (normalInRnmBasis, scalePerBasisVector);
}
return fixed4(lm, );
}
struct Input {
float2 uv_MainTex;
};
sampler2D _MainTex;
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
o.Albedo = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
}
ENDCG
}
Fallback "Diffuse"
}
还有一些相关的编译选项：
#pragma debug 查看生成的代码
#pragma only_renderers: d3d9 只支持特定平台
noforwardadd
nolightmap
exclude_path:prepass 不支持deferred模式