Shader学习笔记

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"
}