Shader学习笔记
例子：
Shader "SrfShader1"{
//定义显示在Inspector中的变量，并从Inspector中获取值
Properties{
_Color("Color",Color)=(1,1,1,1) //用来融合漫反射或2d纹理的颜色
_MainTex("MainTex (RGB)",2D)="white"{} //主2d纹理图片色
_Gloss("Gloss",Range(1,100)) = 10
}
//可以多个SubShader块(渲染方案)，从第一个开始匹配，直到可用，否则匹配FallBack方案
SubShader{
Pass{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}//标签
CGPROGRAM
//引入unity内置的文件，取得第一个直射光源（这样可以访问它的属性：颜色_LightColor0,法线_World2Object,位置_WorldSpaceLightPos0）
#include "Lighting.cginc"
//声明两个函数，顶点函数和片元函数（系统自动调用这两个函数）
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//定义变量，从Properties中获得的材质球的颜色
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex; //2d纹理
float4 _MainTex_ST; //该2d纹理的缩放和偏移
half _Gloss;
//定义结构体(定义了一个顶点的3个属性：顶点坐标、法线方向、纹理贴图中的坐标)
struct a2v{
float4 vertex:POSITION; //告诉Unity把模型空间下的顶点坐标填充给该变量vertex
float3 normal:NORMAL; //告诉Unity把模型空间下的法线方向填充给normal
float4 texcoord:TEXCOORD0; //告诉Unity把第一套纹理坐标UV填充给texcoord
};
struct v2f{
float4 position:SV_POSITION; //填充为剪裁空间的坐标
float3 worldNormal:COLOR0;
float3 worldVertex:COLOR1;
float2 uv:TEXCOORD1;
};
//定义顶点函数(对模型的每个顶点调用,把结构a2v中的值赋值给f,把返回值应用到每个顶点,根据顶点之间的插值来填充非顶点位置)
//把逻辑写在这里，表示使用逐顶点计算的光照色
v2f vert(a2v v){
v2f f;
//把把模型空间下的顶点坐标转换为剪裁空间的顶点坐标
f.position = mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
f.worldNormal = mul(v.normal,(float3x3)_World2Object);
//f.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);//也可以使用UnityCG.cginc中一些常用的函数
f.worldVertex = mul(v.vertex,_World2Object).xyz;
f.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw; //取到贴图的UV坐标的缩放倍数+偏移
return f;
}
//定义片元函数(对剪裁空间下的模型上的每个像素点调用，把返回值颜色应用到每个对应的像素点)
//把逻辑写在这里，表示使用逐像素计算的光照色
fixed4 frag(v2f f):SV_Target{
//把把模型空间下的法线方向转换为模型空间的法线方向，并取得该法线的单位向量
fixed3 normalDir = normalize(f.worldNormal);
//取得光的位置（这里是平行光）的单位向量
fixed3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
//取得纹理贴图当前像素点的颜色,并和指定颜色融合
fixed3 texture2dColor = tex2D(_MainTex,f.uv.xy)*_Color.rgb;
//1.取得漫反射的颜色(使用半兰伯特光照模型)，融合贴图颜色
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * (dot(normalDir,lightDir)*0.5+0.5) * texture2dColor;
//取得反射光的方向，利用reflect()方法，根据入射光和法线来取
//fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-lightDir,normalDir));
//取得视野方向，_WorldSpaceCameraPos表示视野位置
fixed3 viewDir = normalize( _WorldSpaceCameraPos.xyz - f.worldVertex );
//取得平行光和视野方向的平分线方向单位向量（两个向量相加除2就等于平分线向量）
fixed3 halfDir = normalize(lightDir+viewDir);
//2-1.取得反射光颜色（Blinn光照模型）
//fixed3 specular = _LightColor0.rgb * pow(max(dot(reflectDir,viewDir),0),_Gloss);
//2-2.取得反射光颜色（Blinn-Phong光照模型）
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * pow(max(dot(normalDir,halfDir),0),_Gloss);
//3.各种影响的颜色叠加：漫反射 + 高光反射 + Unity内置环境光颜色与贴图色融合(融合后效果更好，不会只是变亮或变暗)
fixed3 tempColor = diffuse + specular + UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb*texture2dColor;
return fixed4(tempColor,1);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
Mesh Filter ： 存储一个Mesh（网格，模型的网格，就是模型的由哪些三角面组成，组成一个什么样子的模型，三角面的一些顶点信息）
Mesh Renderer:用来渲染一个模型的外观，就是样子， 按照 mesh给它皮肤，给它颜色
通过Material（材质）控制模型渲染的样子
Material贴图(可以没有，可以是一个单纯的颜色)
书籍
unity shader 入门精要（乐乐程序猿）
unity 3d shaderlab开发实战详解（第二版）
unity 5.x shaders and effects cookbook(中文版 unity着色器和屏幕特效开发秘籍)
CG语言教程官网
http://http.developer.nvidia.com/CgTutorial/cg_tutorial_frontmatter.html
一些网站
www.shadertoy.com
http://blog.csdn.net/poem_qianmo?viewmode=contents
数学函数在线演示
http://zh.numberempire.com/graphingcalculator.php
UnityCG.cginc中一些常用的函数，这个文件默认会自动引入
//摄像机方向（视角方向）
float3 WorldSpaceViewDir(float4 v) 根据模型空间中的顶点坐标 得到 （世界空间）从这个点到摄像机的观察方向
float3 UnityWorldSpaceViewDir(float4 v) 世界空间中的顶点坐标==》世界空间从这个点到摄像机的观察方向
float3 ObjSpaceViewDir(float4 v) 模型空间中的顶点坐标==》模型空间从这个点到摄像机的观察方向
//光源方向
float3 WorldSpaceLightDir(float4 v) 模型空间中的顶点坐标==》世界空间中从这个点到光源的方向
float3 UnityWorldSpaceLightDir(float4 v) 世界空间中的顶点坐标==》世界空间中从这个点到光源的方向
float3 ObjSpaceLightDir(float4 v) 模型空间中的顶点坐标==》模型空间中从这个点到光源的方向
//方向转换
float3 UnityObjectToWorldNormal(float3 norm) 把法线方向 模型空间==》世界空间
float3 UnityObjectToWorldDir(float3 dir) 把方向 模型空间=》世界空间
float3 UnityWorldToObjectDir(float3 dir) 把方向 世界空间=》模型空间
什么是OpenGL、DirectX
shader可以认为是一种渲染命令 ，由opengl 或者dx进行解析，来控制渲染丰富多彩的图形
OpenGL 使用GLSL 编写shader
DirectX 使用HSSL 编写shader
英伟达 CG 编写shader（跨平台）
Unity Shader的分类
使用的是ShaderLab编写Unity中的Shader
1,表面着色器 Surface Shader
2,顶点/片元着色器 Vertex/Fragment Shader
3,固定函数着色器 Fixed Function Shader
Unityshader中属性的类型有哪些
_Color("Color",Color)=(1,1,1,1)
_Vector("Vector",Vector)=(1,2,3,4)
_Int("Int",Int)= 34234
_Float("Float",Float) = 4.5
_Range("Range",Range(1,11))=6
_2D("Texture",2D) = "red"{}
_Cube("Cube",Cube) = "white"{}
_3D("Texure",3D) = "black"{}
传递步骤：1-3
1.从应用程序传递到顶点函数的语义有哪些a2v
POSITION 顶点坐标（模型空间下的）
NORMAL 法线( 模型空间下)
TANGENT 切线（模型空间）
TEXCOORD0~ｎ 纹理坐标(0-1的值)
COLOR 顶点颜色
2.从顶点函数传递给片元函数的时候可以使用的语义
SV_POSITION 剪裁空间中的顶点坐标（一般是系统直接使用）
COLOR0 可以传递一组值 4个
COLOR1 可以传递一组值 4个
TEXCOORD0~7 传递纹理坐标
3.片元函数传递给系统
SV_Target 颜色值，显示到屏幕上的颜色
声明两个函数，顶点函数和片元函数（系统自动调用这两个函数）
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
逐顶点计算光照，效果较差，顶点之间的过度迹象明显，但渲染速度较快
v2f vert(a2v v){.....}
逐像素计算光照，效果较好，平滑过渡，但渲染速度较慢
fixed4 frag(v2f f):SV_Target{...}
什么是光照模型
光照模型就是一个公式，使用这个公式来计算在某个点的光照效果（模拟现实中的效果）
标准光照模型
在标准光照模型里面，我们把进入摄像机的光分为下面四个部分
1.自发光
2.高光反射（根据法线直接反射，类似镜子）
3.漫反射 Diffuse = 直射光颜色 * max(0,cos夹角(光和法线的夹角) ) cosθ = 光方向· 法线方向
4.环境光
Tags{ "LightMode"="ForwardBase" }
只有定义了正确的LightMode才能得到一些Unity的内置光照变量
#include "Lighting.cginc"
引入unity的内置的文件，取得第一个直射光源（这样可以访问它的属性）
normalize() 用来把一个向量，单位化（原来方向保持不变，长度变为1），单位向量
max() 用来取得函数中最大的一个
dot 用来取得两个向量的点积
_WorldSpaceLightPos0 取得平行光的位置
_LightColor0取得平行光的颜色
UNITY_MATRIX_MVP 这个矩阵用来把一个坐标从模型空间转换到剪裁空间
_World2Object 这个矩阵用来把一个方向从世界空间转换到模型空间
UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT 用来获取环境光，可在Window>>Linghting菜单里面的Ambient Source设置
融合：两个颜色相乘，融合后混合了两种颜色，但亮度可能变暗
叠加：两个颜色相加，相加后亮度一般会增强
漫反射：
兰伯特光照模型：背光部分是纯黑的
Diffuse = 直射光颜色 * max(0, cosθ) ，其中cosθ = dot(光方向,法线方向)，即：点积
半兰伯特光照模型：背光部分不会全黑
Diffuse = 直射光颜色 （cosθ0.5 +0.5）
高光反射：
Blinn光照模型
Specular= 直射光 * pow(max(cosθ,0),10) θ:是反射光方向和视野方向的夹角
Blinn-Phong光照模型
Specular=直射光 * pow(max(cosθ,0),10) θ:是法线和x的夹角 x 是平行光和视野方向的平分线
shader中的各种空间坐标
http://blog.csdn.net/lyh916/article/details/50906272
什么是切线空间（法线贴图使用切线空间，就可以通用于不同模型）
http://blog.csdn.net/bonchoix/article/details/8619624
法线贴图：显示为蓝色的图片，使用切线空间
法线坐标处理为像素值：
pixel = (normal+1)/2
像素值处理为法线坐标：
normal = pixel*2 - 1
法线贴图的使用（凹凸调节+透明度）
Shader "Rock Alpha"{
Properties{
//_Diffuse("Diffuse Color",Color) = (1,1,1,1)
_Color("Color",Color) = (1,1,1,1)
_MainTex("Main Tex",2D) = "white"{}
_NormalMap("Normal Map",2D) = "bump"{} //法线贴图
_BumpScale("Bump Scale",Float)=1 //用来调节凹凸
_AlphaScale("Alpha Scale",Float)=1 //调节透明度
}
SubShader{
//用于透明度渲染
Tags{ "Queue"="Transparent" "IngnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent" }
Pass{
Tags{ "LightMode" = "ForwardBase" }
//以下两个用于透明度渲染
ZWrite Off
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
CGPROGRAM
#include "Lighting.cginc"
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//fixed4 _Diffuse;
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
sampler2D _NormalMap;
float4 _NormalMap_ST;
float _BumpScale;
float _AlphaScale;
struct a2v {
float4 vertex:POSITION;
float3 normal:NORMAL;
float4 tangent:TANGENT;//tangent.w是用来确定切线空间中坐标轴的方向的
float4 texcoord:TEXCOORD0;
};
struct v2f {
float4 svPos:SV_POSITION;
//float3 worldNormal:TEXCOORD0;
//float4 worldVertex:TEXCOORD1;
float3 lightDir : TEXCOORD0;
float4 uv:TEXCOORD1; //贴图坐标存在xy，法线贴图存在zw
};
v2f vert(a2v v) {
v2f f;
f.svPos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
//f.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
//f.worldVertex = mul(v.vertex, _World2Object);
f.uv.xy = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
f.uv.zw = v.texcoord.xy * _NormalMap_ST.xy + _NormalMap_ST.zw;
TANGENT_SPACE_ROTATION;//调用这个宏之后，会得到一个矩阵 rotation 这个矩阵用来把模型空间下的方向转换成切线空间下
//ObjSpaceLightDir(v.vertex)//得到模型空间下的平行光方向
f.lightDir = mul(rotation, ObjSpaceLightDir(v.vertex)); //得到切线空间下的平行光方向
return f;
}
fixed4 frag(v2f f) :SV_Target{
//fixed3 normalDir = normalize(f.worldNormal);
fixed4 normalColor = tex2D(_NormalMap,f.uv.zw);
fixed3 tangentNormal = UnpackNormal(normalColor);//UnpackNormal()转换为切线空间下的法线
tangentNormal.xy = tangentNormal.xy*_BumpScale;//调节凹凸
tangentNormal = normalize(tangentNormal);
fixed3 lightDir = normalize(f.lightDir);
fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, f.uv.xy)*_Color;
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * texColor.rgb * max(dot(tangentNormal, lightDir), 0);
fixed3 tempColor = diffuse + UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb*texColor;
return fixed4(tempColor,_AlphaScale*texColor.a );//透明度混合了_AlphaScale和texColor.a
}
ENDCG
}
}
Fallback "Specular"
}