本系列主要参考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书（感谢原书作者），同时会加上一点个人理解或拓展。
这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源（当然你也可以从官网下载）。
========================================== 分割线 ==========================================
写在前面
准备工作
- 创建一个新的场景以及一些对象，一个平面以及一个平行光；
- 创建一个新的Shader 和材质，然后将你的Shader赋给新的材质。
实现和解释
- 和之前一样，我们需要一些properties传递给Surface Shader，以便我们可以让这个Shader的用户更改贴图以及一些变量。因此，我们首先添加下面的代码到Properties块：
Properties {
_MainTint ("Diffuse Tint", Color) = (1,1,1,1)
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}
} - 因为我们的Shader仅使用贴图来照亮我们的模型，因此我们不需要内置的Lambert光照函数，而需要声明我们自己的Unlit光照函数。我们还需要写一个顶点函数：
CGPROGRAM
#pragma surface surf Unlit vertex:vert解释：鉴于有些童鞋忘了或者没有看过之前的内容，这里说明一下上面这句声明的意思。它表明我们将使用名为surf的Surface Shader function，以及名为Unlit的自定义光照函数，还有一个名为vert的顶点函数。本书第一次提到这个知识点是在这一节。
- 和前面一样，我们需要在块中声明之前的properties，以便我们可以利用Inspector中的各个用户给定的数据。
float4 _MainTint;
sampler2D _MainTex;
sampler2D _NormalMap; - 接下来，我们创建一个新的光照函数，它对应上面提到的名为Unlit的光照模型。这样做是因为我们不想使用场景中的灯光影响我们的Shader。我们仅仅想要得到对象的阴影，其他的交给贴图来照亮整个对象。因此，我们需要添加下面的光照函数（这里跟原书有一点不一样，我根据官方文档修改了返回类型）：
inline half4 LightingUnlit (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten)
{
half4 c = half4(1,1,1,1);
c.rgb = s.Albedo;
c.a = s.Alpha;
return c;
}解释：同样，关于这里的内容可以参见这一节。
- 现在，我们需要将一些额外的属性加入到Input结构体中，以便我们可以将这些信息从vert()函数传递给surf()函数：
struct Input {
float2 uv_MainTex;
float2 uv_NormalMap;
float3 tan1;
float3 tan2;
};解释：你可以把Input结构体当成是顶点函数和Surface shading函数之间的纽带，它们之间的沟通都是靠Input结构体进行传递的。
- 为了正确的在Sphere map中查找，我们需要将切线旋转矩阵（the rotated tangent vector）和当前模型的逆转置模型视图矩阵（the inverse transpose model view matrix）相乘。这将会给你合适的想来应用到Sphere map贴图中。如果你还是不明白也不要紧，在后面我们会进一步说明。
void vert (inout appdata_full v, out Input o)
{
UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input,o); TANGENT_SPACE_ROTATION;
o.tan1 = mul(rotation, UNITY_MATRIX_IT_MV[0].xyz);
o.tan2 = mul(rotation, UNITY_MATRIX_IT_MV[1].xyz);
}解释：vert()函数是这个光照模型横纵真正起作用的地方。我们使用模型的切线旋转矩阵和它的逆转置模型视图进行相乘，它的结果将在下面被用于查找Sphere map中对应的位置。那么，逆转置模型视图矩阵是从哪里产生的呢？其实这是Unity提供的另一个内置参数，因此我们不需要再自己计算它了。
实际上Unity提供了绝大多数在标准的CGFX shaders中常见的转换矩阵。这是我们使用Surface Shader的一个好处之一，我们不需要自己计算它们了，而仅仅需要调用内置的参数。
原书并没有给出这一步的解释，我这里补充一下。这个shader的精髓就在于它是像投影一样，完全平铺在Sphere上的。我们可以想象它的本质，就是在Eye Space中，根据顶点法线在X和Y轴上的投影作为UV坐标，对纹理进行采样。而作者在这里选择把计算统一到Tangent Space中。因此，这里的tan1和tan2就分别对应了在Tangent Space中，Eye Space的X轴和Y轴方向。这种写法是推导了一步后的结果，原始的计算代码如下：
o.tan1 = mul(rotation, mul(float3(1.0f, 0.0, 0.0f), (float3x3)UNITY_MATRIX_IT_MV));
o.tan2 = mul(rotation, mul(float3(0.0f, 1.0, 0.0f), (float3x3)UNITY_MATRIX_IT_MV));rotation负责把方向从Object Space转换到Tangent Space。因此我们首先需要把Eye Space的X和Y轴转换到Object Space中， mul(float3(1.0f, 0.0, 0.0f), (float3x3)UNITY_MATRIX_IT_MV)负责这个转换步骤。这是因为，如果我们想要把X轴从Eye Space转换到Tangent Space，就需要从Eye Space到Tangent Space的变换矩阵，即我们希望有UNITY_MATRIX_MV的逆矩阵。然而，Unity没有直接提供这个矩阵么认识提供了UNITY_MATRIX_IT_MV，即UNITY_MATRIX_MV的逆转置矩阵。但我们仍然可以通过mul中交换变换矩阵和向量的位置，来得到相同的效果。然后在通过外层的mul把方向从Object Space转换到Tangent Space即可。还是不明白的可以看一下这篇文章。
- 最后，我们需要实现我们的surf()函数，进行一些计算来产生对应的Sphere map中的查找值，并把它们赋给我们的结构体。同样，这个部分将在后面进行说明：
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
{
float3 normals = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap));
o.Normal = normals; float2 litSphereUV;
litSphereUV.x = dot(IN.tan1, o.Normal);
litSphereUV.y = dot(IN.tan2, o.Normal); half4 c = tex2D (_MainTex, litSphereUV*0.5+0.5);
o.Albedo = c.rgb * _MainTint;
o.Alpha = c.a;
}
完整代码
Shader "Custom/LitSphere" {
Properties {
_MainTint ("Diffuse Tint", Color) = (1,1,1,1)
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
CGPROGRAM
#pragma surface surf Unlit vertex:vert
float4 _MainTint;
sampler2D _MainTex;
sampler2D _NormalMap;
inline half4 LightingUnlit (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten)
{
half4 c = half4(1,1,1,1);
c.rgb = s.Albedo;
c.a = s.Alpha;
return c;
}
struct Input {
float2 uv_MainTex;
float2 uv_NormalMap;
float3 tan1;
float3 tan2;
};
void vert (inout appdata_full v, out Input o)
{
UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(Input,o);
TANGENT_SPACE_ROTATION;
o.tan1 = mul(rotation, UNITY_MATRIX_IT_MV[0].xyz);
o.tan2 = mul(rotation, UNITY_MATRIX_IT_MV[1].xyz);
}
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
{
float3 normals = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap));
o.Normal = normals;
float2 litSphereUV;
litSphereUV.x = dot(IN.tan1, o.Normal);
litSphereUV.y = dot(IN.tan2, o.Normal);
half4 c = tex2D (_MainTex, litSphereUV*0.5+0.5);
o.Albedo = c.rgb * _MainTint;
o.Alpha = c.a;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}