上次我们说到一个完整的Shader的比较完整的框架，如果大家之前没有接触过3D相关的技术的话看起来可能会比较吃力，其实这也在猫猫的意料之中的。3D技术入门是比较困难的，但是入门之后就会越学越觉得容易。猫猫目前也还不算是真正的入门，只能算初窥门径吧，不过没有关系，猫猫决定简单讲一下Shader背后的东西，让我们一起努力吧。
为什么会有3D效果
毫无疑问，我们能在屏幕上看到的图像都是2D的。不仅是屏幕，会想一下我们接触过的美术作品，无论是大师的作品还是学生的素描作业，我们会指着一些说：“这是3D的！”实际上，这些作品只是用了一些技巧，让这些图像看上去像是3D的。时刻记住，那些显示在平面上的图像，一定是2D的。
现实世界的物体，距离越远看起来越小，这是3D世界的一个最基本的特点，我们称这种现象透视。一个只拥有透视效果的3D图形大概是这样的：
好吧，至少轮廓上像是个3D图形了……
只有透视效果显然不能满足我们对3D效果的追求。那么为什么这个立方体还不够立体呢，根本原因还是没有足够的细节：立方体对着我们的三个面…这都是什么呀…完全看不清呀…不用担心，我们只需要小小施加下魔法，叮咚~
不错，我们只是加了一个普通的平行光，瞬间感觉细节分明了有木有。所以另外一个改善3D效果的方法就是光照。这时候猫猫也忍不住要感叹一下：起初，是Unity创造了天地。地是空虚混沌，渊面黑暗，Unity运行在桌面上。Unity说，要有光，就有了平行光，Unity看光是好的，就把光暗分开了……叮咚，这个世界就这样清晰了~
到这里其实已经有不错的效果了，然而我们仍然不知道这个方方正正的东西是什么。是纸盒，是积木，还是什么，我们需要它表面的更多信息。Unity说：“叮咚~”
好吧，原来是块石头……现在我们有了这个立方体表面更多的细节，它看上去也更有立体的感觉了。纹理使3D物体表面信息更加丰富，对3D效果的表现非常有用。
到现在为止，我们用了一些技巧，让我们的立方体已经比较有立体感了，当然，既然它能显示在平平的屏幕上，本质上肯定还是2D的。虽然我们已经尝到了技巧的甜头，也应该认识到，可以让显示效果更3D的技巧还有很多，比如阴影，雾，透明效果等等。随着3D图形学的不断发展，更多改善3D显示效果的技巧也在不断的发现中~
顶点的两万五
回想我们第一回说到的三位“君”的故事，无论最终的显示效果多么绚丽，模型君才是最基本的原材料呀，而模型君肚子里存的，大多数都是顶点的位置、法线、颜色、贴图坐标等信息。也就是说，最终的效果，是这些顶点信息，经过我们上面说的技巧的处理，才最终显示到屏幕上的。虽然我们看到绚丽的游戏画面仍然以每秒几十帧的速度渲染，其实对于顶点来说，着实还经历了一次两万五千里长征呢。
坐标系转换
对于一个3D的模型君来说，我们自然可以想到它的顶点是由三个数组成，(x,y,z)，大概是这样，这与我们中学立体几何学过的内容是一致的，这样的坐标系叫做笛卡尔坐标系。在这一阶段，主要任务就是把(x,y,z)这样的三维坐标转换成(x,y)这样的二维屏幕坐标。这一过程有个更专业的称呼：变换。
变换过程是通过矩阵变换来实现的。矩阵变换的具体过程涉及到比较复杂线性代数的知识，而且我们初学阶段也不用完全弄懂，这里就不多说了，感兴趣的同学可以找相关的资料看一下。我们大概需要知道，每一个模型有一个矩阵信息，就是脚本中经常用的transform，里面包含模型的位置、旋转、缩放的信息，对于模型中的每一个顶点，也都有各自的矩阵信息。
当模型在世界中移动、旋转、缩放时，我们看到的窗口中实际的渲染效果发生了变化。而Unity底层，就是通过顶点的的矩阵信息，和一个表示这种变化的矩阵进行变化后得到的结果，这一过程被称作模型变换。这就类似于平面上一个点(0,0)，向x轴正方向移动1个单位，就变成了(1,0)，我们可以用向量表示这样的2d变换。矩阵只是一个更高级的数学工具，本质上是类似的。
当我们移动摄像机的时候，发现渲染的结果同样发生了变化。这种变化同样可以用矩阵变换来实现，被称作视图变换。模型变换和视图变换总是相对的，这一点很容易理解：当我们坐在向前行驶的汽车中时，会发现窗外的树木都是向后移动的。模型变换和视图变换也经常通过一次矩阵变换来完成，叫做模型视图变换。
经过了模型视图变换之后，我们就处理完了一个模型(或者可以直接说是模型上的顶点)经过移动、旋转、缩放以及视角的变换(摄像机的位移、旋转、缩放等)之后的结果，然而，现在顶点仍然是个三维的顶点-_-|||……
表沮丧先，在把顶点转换为二维屏幕坐标之前，我们还有个重要的活要做，就是我们一开始说的近大远小的透视效果。这一过程自然也是用矩阵变换来实现，叫做透视变换。经过透视变换后，模型的所有顶点都被转换为基于摄像机的一种位置关系。此时通过坐标是否在[-1, 1]这个范围内就可以判断顶点是否可见。这个三个轴均在[-1, 1]的空间有个专业的名字叫做裁剪平面。这里有一点需要补充一下，其实投影过程并非都是近大远小的，投影分两种：正投影和透视投影，平时看到的近大远小的效果是透视投影的结果，而正投影远近是一样大的，这种投影常用作2D绘图和CAD。
此时我们已经得到了顶点在裁剪平面上的位置表示，然而，其实最后还有一步变换，叫做视口变换，用来处理那些3D图像不完全铺满窗口的情况。比如我们希望模型只显示在窗口的上半部分和只显示在下半部分，坐标肯定是不一样的。不过对于Unity，我们不需要考虑这种情况。
光照
如果说变换确定了顶点的位置，那么光照可以简单理解为确定了颜色(这里其实不能说是顶点颜色)，当然这个颜色可不是最终的颜色。
说到光照，我们不妨回忆一下中学学过的物理知识。首先让我们回忆一下颜色时怎么产生的，对了，物体是知识反射了不同颜色的光。3D图形学中也是这样，这就是为什么我们的Shader中，SurfaceOutput结构中表示颜色的分量叫做Albedo(反射率)而不是Color。光的反射，表面的法线，嗯，我们的模型君也有是法线信息的。波粒二象性，呃，算了，暂时用不到……
光照阶段的处理主要还是在Shader中实现。目的也比较单纯，只要计算出颜色就可以了。我们可以充分发挥想象力，用不同的算法来实现。
以上只是冰山一角
顶点的两万五千里长征，终于算走了一个阶段啦！上面说的转换和光照阶段，也被称作T&L阶段，是3D渲染过程中很重要的一环，然而，这也只是一个阶段而已。模型顶点到屏幕图像的整个运算过程还需要很多运算，整个过程也叫做管线，是非常重要的概念哟~至于剩下的阶段，暂时不准备说了。
到这里我们可以再回忆一下上一回说到的Surface Shader的几个函数:vert、surface、lightingXXX和finalcolor。首先是vert，处理顶点的位置和颜色信息，这个就相当于我们说的变换阶段，我们没有做很复杂的矩阵变换是因为Surface Shader已经帮我们都做好了，如果我们以后要写可编程Shader的话，会发现需要用顶点乘一个叫做UNITY_MATRIX_MVP的矩阵，这个矩阵就是模型(M)视图(V)投影(P)矩阵的合体形式。然后我们再观察下surface函数，就会发现这个函数的任务就是填充Surface Output结构，而该结构是给LightingXXX函数用的，也就是说，suface函数并没有特别实际的事情。再看看LightingXXX这个函数，通过一些计算，我们最终输出了一个颜色值，这个就相当于我们说到的光照阶段。至于finalcolor，猫猫认为它只是一个用于修正最终颜色值得函数，与渲染过程的必要阶段没有太大关系。
管线是一个很长的处理过程，然而Surface Shader帮我们做了很大一部分工作，虽然这样我们的控制权会减少一些，但是对于简单的应用和学习，真的是一大福利呢~
结束语
任何一门技术只有对它背后的原理有一定了解才有可能熟练掌握，猫猫觉得对于Shader来说更是这样。但是只学底层的原理有时又会让人迷茫，所以大家学习的时候也应该注意一下，不要一味学习表面的东西，也不要陷入底层细节的泥潭不能自拔，钻了牛角尖，两个方向都学一下，不会有挫败感，也能有更好的理解。希望这篇文章能对大家有所帮助，咱们下回再见~