Unity3D內(nèi)部Shader詳解

1、Unity3D Built-in Shader詳解一Unity3D的Shader Unity里面的Shaders是使用一種叫ShaderLab的語(yǔ)言編寫的，它同微軟的.FX文件或者NVIDIA的CgFX有些類似。傳統(tǒng)意義上的vertex shader和pixel shader 還是使用標(biāo)準(zhǔn)的Cg/HLSL 編程語(yǔ)言編寫的。（因此Unity文檔里面的Shader，都是指用ShaderLab編寫的代碼） 然后我們來(lái)看下Unity3D自帶的60多個(gè)Shader。 這些Shader被分為五個(gè)大類：Normal,Transparent,Transparent Cutout,Self-lllum

2、inated,Reflective。由于數(shù)量比較多，將分幾個(gè)篇幅一一介紹。  (一) Normal Shader Family 這個(gè)家族一共9個(gè)Shader，都是針對(duì)不透明的對(duì)象的。 (1) Vertex-Lit： 最簡(jiǎn)單的一種Shader之一，所有照射在該物體上的光在一個(gè)Pass里面渲染完，光源只在頂點(diǎn)計(jì)算。所以不會(huì)有任何基于像素渲染得效果，比如說(shuō)：normal mapping,light cookies和shadows.這個(gè)shader對(duì)模型的剖分（將一個(gè)物體從幾何描述變?yōu)槎噙呅伪硎镜倪^程）非常敏感，如果你將一個(gè)點(diǎn)光源放在很靠近一個(gè)立方體的一個(gè)頂點(diǎn)那里，并且對(duì)立方體使用這個(gè)sha

3、der，光源只會(huì)在角落計(jì)算?；谙袼毓庹盏膕hader對(duì)剖分沒有要求，在表現(xiàn)圓形高光上效果也很好。如果上述情況時(shí)你想要的效果，你可以考慮使用一個(gè)基于像素光照的shader或者增加模型的剖分。（增加頂點(diǎn)數(shù)） 總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)shader的渲染代價(jià)比較小。這個(gè)shader包含了2個(gè)subshader，分別對(duì)應(yīng)可編成管線和固定管線。是所有硬件都支持的一個(gè)最基本的shader。如果設(shè)備支持可編成管線，那使用可編成管線的subshader，否則使用固定管線的。 shader-NormalVertexLit-0.jpg (35.07 KB)2011-1-5 17:52 (2) Diffuse： D

4、iffuse基于一個(gè)簡(jiǎn)單的光照模型-Lambertian，光照強(qiáng)度隨著物體表面和光入射角夾角的減小而減小(即光垂直于表面時(shí)強(qiáng)度最大)。光照的強(qiáng)度只和該角度有關(guān)系，和攝像機(jī)無(wú)關(guān)。由于這是一個(gè)基于像素光照的shader，因此他有這類shader的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)他需要設(shè)備支持可編程管線，如果設(shè)備不支持，則自動(dòng)使用Vertex-Lit這個(gè)Shader。 總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)shader渲染代價(jià)比較小。 shader-NormalDiffuse-0.jpg (33.9 KB)2011-1-5 17:52 (3) Specular Specular 使用和Diffuse相同的光照模型，但是添加了一個(gè)和觀察

5、角度相關(guān)的反射高光。這個(gè)被稱為Blinn-Phong光照模型。他包含了一個(gè)反射強(qiáng)光，這個(gè)反射高光物體表面角度，光的入射角度以及觀察者角度都有關(guān)系。這種高光計(jì)算方法實(shí)際上是對(duì)實(shí)時(shí)光源模糊反射的一種具有可行性的模擬。模糊的等級(jí)通過inspector里面Shininess這個(gè)變量控制。 主紋理的alpha通道被用來(lái)當(dāng)作Specular Map來(lái)使用（有時(shí)候也稱gloss map）,它定義了物體的反光率。紋理中alpha里面全黑 的部分將完全不反光（即反光率為0%）。而全白的的部分反光率為100%。這個(gè)Map在你的物體在不同的部分有不同的反光率的時(shí)候非常有用。比如說(shuō)，銹跡斑斑的金屬會(huì)反光率低，而磨光的

6、金屬反光率比較高?？诩t的反光率比皮膚高，而皮膚的反光率比棉質(zhì)衣服高。一個(gè)精心制作的Specular Map將會(huì)讓玩家身臨其境。如果目標(biāo)設(shè)備不支持可編程管線，則自動(dòng)使用Vertex-Lit這個(gè)Shader。 這個(gè)shader的渲染代價(jià)會(huì)比較大。 shader-NormalSpecular-0.jpg (37.48 KB)2011-1-5 17:52 (4)Bumped Diffuse 同Diffuse Shader一樣，這個(gè)Shader基于Lambertian光照模型，同時(shí)使用了normal mapping技術(shù)來(lái)增加物體表面細(xì)節(jié)。相對(duì)于通過增加剖分來(lái)表現(xiàn)物體表面細(xì)節(jié)的方式，normal

7、 mapping并不改變物體的形狀，而是使用一張稱為Normal Map的特殊紋理來(lái)達(dá)到這種效果。在normal map中，每個(gè)象素的顏色代表了該像素所在物體表面的法線，然后通過這個(gè)法線（而不是通過物體模型計(jì)算而來(lái)的法線）來(lái)計(jì)算光照。可以說(shuō)Normal Map在計(jì)算光照的過程中“高效地修改”了整個(gè)模型。 如何創(chuàng)建Normal maps：你可以通過導(dǎo)入一張普通的灰度圖（白色表示凸起，黑色表示凹進(jìn)）Unity會(huì)自動(dòng)將它轉(zhuǎn)換為Normal Map。 技術(shù)細(xì)節(jié)：這里使用Normal map是一種“Tangent space Normal Map”，Tangent space（正切空間）是一個(gè)跟隨模型物

8、體表面的空間。在這個(gè)空間中，z軸始終從表面指向外面。Tangent space Normal Map相對(duì)于另一種被稱為“Object space Normal Map”來(lái)說(shuō)有點(diǎn)復(fù)雜，但是他有一些優(yōu)勢(shì)。1）可以使用在各種奇形怪狀的表面 2）便于在同一物體不同區(qū)域或者不同物體間復(fù)用 具體關(guān)于Tangent Space Normal Map和Object Space Normal Map的區(qū)別，下次再講。 如果調(diào)用這個(gè)shader失敗，則會(huì)調(diào)用Diffuse這個(gè)shader，一般而言，該shader渲染代價(jià)低。 shader-NormalBumpedDiffuse-0.jpg (38.97 KB)2

9、011-1-5 17:52(5) Bumped Specular 和Specular一樣的光照模型，相比Specular而言，它使用一張Tangent Space Normal Map來(lái)描述物體表面法向量的變化，來(lái)增加物體細(xì)節(jié)。（關(guān)于normal map具體見Bumpped Diffuse）如果調(diào)用失敗，則使用Specular這個(gè)shader，一般而言，這個(gè)shader的渲染代價(jià)會(huì)比較大。 shader-NormalBumpedSpecular-0.jpg (41.02 KB)2011-1-5 17:52(6) Parallax Diffuse Parallax Normal mapped與傳

10、統(tǒng)的normal mapped一樣，但是對(duì)“深度”的模擬更佳。額外的深度效果是通過Height Map（高度圖）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Height Map在Normal map的alpha通道里面保存。全黑表示么有高度，而白色表示有高度。通常這用來(lái)表現(xiàn)石頭或者磚塊間的裂縫。 Parallax mapping的技術(shù)很簡(jiǎn)單，因此會(huì)有些人工痕跡或者不太正常的效果出現(xiàn)。尤其是，急劇陡峭的高低轉(zhuǎn)換在高度圖里面應(yīng)該避免。在inspector里面調(diào)整height數(shù)值來(lái)調(diào)整高度的范圍，有時(shí)候會(huì)造成物體不真實(shí)，凌亂的情況。因此建議使用高度變化平緩的高度圖或者將高度數(shù)值設(shè)置比較低，讓表面看起來(lái)比較平緩。 這個(gè)shader的渲

11、染代價(jià)相比bumped diffuse而言更大。如果調(diào)用這個(gè)Shader失敗，則自動(dòng)使用Bumped Diffuse。 shader-NormalParallaxDiffuse-0.jpg (39.5 KB)2011-1-5 17:52(7) Parallax Specular 與Bumped Spcular相比，增加了一張Height Map來(lái)描述深度細(xì)節(jié)。關(guān)于Height Map，見parallax Diffuse。如果調(diào)用失敗，則調(diào)用Bumped Specular這個(gè)Shader。shader-NormalParallaxSpecular-0.jpg (41.77 KB)2011-1-5

12、 17:52  (8) Decal 這個(gè)Shader在unity文檔里面的描述和Unity3.0有明顯的實(shí)現(xiàn)區(qū)別，文檔由于比較老，07年寫的，官網(wǎng)下的Built-in Shader里面，decal是使用可編程管線實(shí)現(xiàn)的，就是說(shuō)，如果你的機(jī)器不支持可編程管線，會(huì)使用diffuse，因?yàn)閐iffuse也不需要可編程管線，所以只能使用vertex-lit。這個(gè)Shader除了主紋理之外，這個(gè)Shader還是用了第二張紋理用來(lái)描述細(xì)節(jié)。第二張用來(lái)Decal(貼花)的紋理使用alpha通道來(lái)確定是否覆蓋主紋理。貼花用的紋理只是對(duì)主紋理的補(bǔ)充。比如說(shuō)你有一個(gè)磚砌的墻壁，你可以使用一個(gè)磚

13、塊的紋理作為主紋理，然后使用帶有alpha通道的Decal紋理在墻壁的不同地方涂鴉。 shader-NormalDecal-0.jpg (40.83 KB)2011-1-5 17:52(9) Diffuse Detail 這是一個(gè)普通的diffuse shader加上一些額外數(shù)據(jù)的shader。它允許你定義第二張紋理，稱為Detail Texture。當(dāng)camera靠近的時(shí)候，Detail Texture逐漸顯示出來(lái)，一般用于地形。比如說(shuō)，當(dāng)你使用一張低分辨率的紋理拉升到整個(gè)地形上的時(shí)候。隨著camera逐漸拉近，低分辨率的紋理開始模糊，這不是我們想要的效果。為了避免這個(gè)效果，創(chuàng)建一張Deta

14、il 紋理會(huì)將地形tile化。在這種模式下，隨著camera逐漸拉近，額外的細(xì)節(jié)將會(huì)出現(xiàn)以避免出現(xiàn)模糊的效果。 Detail 紋理是覆蓋在主紋理上面的。Detail紋理中深色的部分將會(huì)使得主紋理變深，而淡色的部分將會(huì)使主紋理變亮，Detail紋理通常是淺灰色。(與Decal里面Decal紋理不同的是，Decal紋理是RGBA，通過alpha控制Decal Texture與Main Texture的融合，而Detail的紋理是RGB，直接是兩張紋理的rgb通道分別相乘再*2，就是說(shuō)，Detail紋理中顏色數(shù)值 = 0.5不會(huì)改變主紋理顏色，>0.5會(huì)變亮，<0.5加深) Unity

15、Built-in Shader詳解二這次主要討論Unity自帶的Shader中Transparent Shader Family       這個(gè)家族的Shader一共7種，原理和類型與Normal中的上差不多，只不過這些Shader是用在半透明或者全透明的物體上面的。他們的主紋理接受RGBA4個(gè)通道。如果你的模型一部分是半透明，一部分是不透明的。請(qǐng)分開使用兩張材質(zhì)，半透明的材質(zhì)這個(gè)家族的Shader。這個(gè)家族的Shader的內(nèi)容和Normal中同名的幾乎一樣，只是添加了半透明效果，因此不再做重復(fù)介紹。      

16、 通過讀取紋理中的alpha值，這個(gè)Transparent家族的shader可以讓模型變成半透明或者全透明的。在alpha中，0表示全透明，255表示全白。如果你的主紋理不包含alpha通道，那么這個(gè)物體將會(huì)變成不透明的。       在游戲中使用半透明的物體是比較有技巧性的，因?yàn)樗麄兘?jīng)常會(huì)導(dǎo)致排序問題。比如說(shuō)，如果你透過兩個(gè)窗口觀察物體，發(fā)覺物體很異樣，恭喜你，你正在經(jīng)歷著每個(gè)人都會(huì)遇到的使用半透明對(duì)象的問題。一條具有普遍性的規(guī)則是：有些時(shí)候一個(gè)半透明的對(duì)象會(huì)很詭異的繪制在另外一些對(duì)象前面，尤其當(dāng)這些對(duì)象是互相交叉的，或者一個(gè)把另一個(gè)包圍的抑或是。為此

17、，當(dāng)你需要半透明對(duì)象的時(shí)候，你應(yīng)該使用它們，但是不要太過于依賴半透明對(duì)象（考慮到性能問題）。你也應(yīng)該讓你的設(shè)計(jì)者們了解到排序可能會(huì)出現(xiàn)問題，讓他們做好為此調(diào)整的準(zhǔn)備。(1)Vertex-Lit    這個(gè)家族中最簡(jiǎn)單的Shader，同樣有固定管線和可編程管線兩個(gè)SubShader，適用于所有的硬件。所有的光只在頂點(diǎn)計(jì)算。除了支持半透明，其他特性和Normal里面的Vertex-Lit一致。             shader-TransVertexLit-01.jpg (30.51

18、KB)2011-1-6 08:33          (2)Transparent Diffuse           同Normal中的Diffuse，支持了alpha。             shader-TransDiffuse-02.jpg (29.46 KB)2011-1-6 08:33         

19、(3)Transparent Specular          同Normal Specular，支持了半透明          shader-TransSpecular-03.jpg (30.4 KB)2011-1-6 08:33          (4) Transparent Bumped Diffuse          同Normal中的Bump

20、ed Diffuse          shader-TransBumpedDiffuse-04.jpg (33.31 KB)2011-1-6 08:33        (5) Transparent Bumped Specular          同Normal里面的Bumped Specular，支持半透明            shader

21、-TransBumpedSpecular-05.jpg (34.91 KB)2011-1-6 08:33          (6)Transparent parallax Diffuse          同Normal parallax Diffuse,支持半透明          shader-TransParallaxDiffuse-06.jpg (36.25 KB)2011-1-6 08:33  &

22、#160;       (7) Transparent Parallax Specular          同Normal Parallax Specular，支持半透明。          shader-TransParallaxSpecular-07.jpg (36.25 KB)2011-1-6 08:33Unity Built-in Shader詳解三上次講的是Transparent Shader Family，他們是繪制半透明

23、的對(duì)象使用的，但他們并不能滿足我們?nèi)康囊蟆?#160;     Transparent Cutout Shader Family是對(duì)半透明對(duì)象Shader的一類補(bǔ)充，與Transparent Shader Family有所區(qū)別的是：Cutout Shader Faimily中的Shaders不允許繪制部分透明的區(qū)域。就是說(shuō)，使用這種Shader繪制出來(lái)的對(duì)象，要么是全透明，要么是半透明。使用這個(gè)家族Shader的對(duì)象通常用來(lái)轉(zhuǎn)換和接受陰影。半透明對(duì)象中常有的排序問題在使用這類Shader的時(shí)候不存在。       這個(gè)家

24、族里面的所有Shader都定義了一個(gè)Alpha Cutout的數(shù)值，紋理中alpha大于Alpha Cutout數(shù)值的，被認(rèn)為是不透明的，否則就是全透明的。通過這個(gè)alpha cutoff數(shù)值，我們可以控制哪些區(qū)域全透明，哪些區(qū)域不透明。（也可以用來(lái)做一些動(dòng)畫的控制，你懂的）       這個(gè)家族只包含了6個(gè)Shader，分別是       (1) Transparent Cutout Vertex-Lit         shader-TransCutVertexLit-01.jpg (33.02 KB)2011-1-6 08:39       (2)Transparent Cutout Diffuse       shader-TransCutDiffuse-02.jpg (32.03