TA 认识 unity shader最基本的代码结构与书写01
01:认识最简单的shader代码
Shader "Unlit/01minishader"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{...}
}
这是一个简单shader的基本结构根据两个模块进行构成,其中subshader是我们需要研究学习的模块,但在此之前,我们也需要明白subshader模块之上的是什么东西,
1.1 首先就是shader第一行,指的是这个shader是创建于shader类别中的unlit(无光照)目录下面的一个shader名字是01minishader。再是我们的properties模块,这个模块是属性模块,连接了材质与unity shader。
一个通用的properties模块的样式如下:
properties{
Name("display name",propertyType)=Defaultvalue
这样的格式是为了开发者,在材质编辑面板进行材质的编辑。name是属性的名字,通常这个属性名字由一个下划线展开,就比如_MainTex这个属性名字,而displayname自然就是在材质编辑面板上的名字,我们需要给这个属性确立它的类型,所以就有了property Type,在unity中常用的属性类型如下
再赋给一个值,比如这里的white
那么我们就可以对这里的properties模块就可以进行解释了。
进行翻译为:现在属性Maintex属性,其中在材质面板上表现为texture(贴图)这个材质名字,它的属性类型是2D类型,再赋予一个初始值白色。材质与shader的联系就建立了。
1.2然后就是我们的大头任务,认识subshader
我们把shader分为了properties模块与subshader模块,我们也能把subshader模块进行细分为两个模块,一个是pass外,一个是pass内。 同上,我们对一个subshader的模板进行研究如下
SubShader {
//可选的
[Tags]
//可选的
[RenderSetup)
Pass {
}
// Other Passes
}
这个模板是什么意思呢?我们逐个研究,首先是tags(标签), SubShader的标签(Tags)是一个键值对(Key/Value Pair), 它的键和值都是字符串类型。 这 些键值对是SubShader和渲染引擎之间的沟通桥梁。 它们用来告诉Unity的渲染引擎: 我希望怎样以及何时渲染这个对象。 标签的结构如下:
显然通过对于tags的设置我们可以进行很多功能的选择。
那么rendersetup(状态设置)是什么呢? 可以设置显卡的各种状态, 例如是否开启深度/混合测试。
了解了标签与渲染状态设置,我们开始重头戏,身为要写shader人的最重要的困难以及任务写pass。
我们先展开上面的pass语句,了解其中的内容。
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
// make fog work
#pragma multi_compile_fog
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
UNITY_FOG_COORDS(1)
float4 vertex : SV_POSITION;
};
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// sample the texture
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// apply fog
UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col);
return col;
}
ENDCG
}
}
}
这是我们的pass语句中的内容,和之前一样我们对模板进行研究。下面展开模板(翻译在subshader介绍完后进行)
1.3pass模板
pass{
{Name}
{Tags}
{Rendersetup}
//other code
}
很容易发现我们对于subshaderpass中的内容要简单一些,因为里面也是标签,渲染状态设置,一样的内容。那么区别在哪里呢?
区别在于我们对于这个pass语句中的标签与渲染状态设置仅仅是对于这一个pass语句起作用,而pass外的则是对所有的pass。这个点会对我们进行不同问题不同渲染的时候尤其重要。
开始对于pass内的研究,首先让我们回忆上一文中我对于渲染管线的介绍。在cpu端将模型数据传递给gpu后,要对其先通过顶点shader进行变形,再用片元shader进行逐片元上色。这个过程在代码是怎么体现的呢?答案在pass语句内,让我们对其研究。(一个pass语句一个理解为一个gpu的渲染管线)
代码的框架:CGPROGRAM
{
}//这个括号代表之间存在东西。
ENDCG
什么意思呢?代表我们这个pass语句是cgshader编写语言书写的一个pass语句(hlsl,glsl,cg是三种编写shader的语言,本文不做阐述),那么了解这个框架后,我们开始正式写shader
通过对于渲染管线的了解后,我们会发现我们需要写两个shader,顶点shader(vertex shader)与片元shader(fragment shader),但是正式编写代码的时候,我们要尽量简化工作流,因此我们会#pragma vertex vert 与 # pragma fragment frag,代表着我们的顶点shader已经被称呼为了vert,片元shader称呼为frag。方便进行后文代码的编写,实际编写过程中,名字是可以随意变化的,当然要被你同事看的懂(笑), #pragma multi_compile_fog这个是unity帮助我们方便写shader的一个头文件,里面有许多函数与变量可以让我们使用。前期准备结束,shader编写开始:
第一步:拿到模型数据
第二步:进行空间变换
第三步:逐片元上色
1.3.1:拿到数据:
struct appdata//这个指的是拿到模型数据,appdata是这个输入结构体的名字
{
float4 vertex : POSITION;//拿到这个模型的顶点坐标
float2 uv : TEXCOORD0;//拿到模型的uv
float3 normal:NORMAL;//拿到模型的法线
float4 color:COLOR;//拿到模型的顶点色
//:后的都是特定的语义词,更多语义词可以上unity官方文档进行查看与使用,列举了常用的一些语义词
};
我们有一个输入的结构体,拿到了模型的数据,那么经过顶点shader后,自然会产生一个不一样的数据,因此要写一个输出结构体
struct v2f//输出结构体
{
float2 uv : TEXCOORD0;//uv的输出
float4 vertex : SV_POSITION;//顶点坐标的输出
};
结构体的部分阐述到此,更多部分后续说明与补充,或者在官方文档进行个人研究。有了数据,那么就能开始写顶点shader与片元shader了。首先就是顶点shader
1.3.2:顶点shader(vertex shader)的编写:
v2f vert(appdata v)//从appdata中拿到(u)v的数据进行传参数再输出(v2f)
{
v2f a;//初始化输出数据为a
}
那么顶点shader之后的内容到底怎么写?这个涉及到顶点shader的作用,在笔者看来就是变化,从模型空间到世界空间再到相机空间再到裁剪空间(这就是mvp矩阵变换的作用地)(本文不做说明,后续进行mvp矩阵变化的数学原理以及在顶点shader中的具体原理),知道了原理,所以我们的任务就是写矩阵(笑,回到很多人不喜欢的数学部分,线性代数)
矩阵不想自己计算的话,可以到unity的官方文档研究官方提供的矩阵
有了矩阵,那么可以进行顶点shader的书写了
v2f vert(appdata v)//从appdata中拿到(u)v的数据进行传参数再输出(v2f)
{
v2f a;//初始化输出数据为a
float4 pos_world=mul(_ObjectToWorld,v.vertex);//mul指的是矩阵的乘法,v.vertex指的是向量的坐标点,从模型空间到世界空间
float4 pos_view=mul(_MATRIX_V,pos_world);//从世界空间到相机空间
float4 pos_cilp=mul(_MATRIX_P,pos_view);//从相机空间到裁剪空间
a.pos=pos_cilp;//把裁剪空间的数据给与a
return a;
}
顶点shader的书写也就完成了。其实是很简单的,那么片元shader也是一样书写。
1.3.3:片元shader的编写
float4 frag (v2f i) : SV_Target//片元shader输出的是一个颜色值,SV_Target是我们渲染的一个目标
{
return float4(0.4,0.5,0.1,1.0);//数字类比rgb值
}
到此一个简单的基本shader就写完了,并且可以实现用代码更改颜色等等功能。
1.4总结
一个简单的shader代码,对于开发者来说,最为重要的是其pass语句的编写,另外对一个TA来说,属性界面也尤其重要,学会用shader来让项目开发更加简单,给与美术更好的体验,给与项目更丰富的画面表现才是shader编写的意义
那么我们开始对于这一个简单的shader的汉语翻译
首先我们要确立属性面板,确立材质与unity shader之间的关系,再是书写pass语句,正式写shader,我们要得到模型的数据,需要写两个结构体,输入结构体,输出结构体,并且开始写我们的shader,顶点shader与片元shader。这就是我们的工作流,也是shader编写最简单最基本的框架。
(至此本文对于unity shader代码最简单的介绍到此结束,后续会说明深度测试等等功能在代码中的实现以及数学原理)
感谢《unity shader入门精要》
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