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5.1 本书使用的软件和环境
介绍 Unity Shader 的学习环境，开发平台、Unity 版本等信息。
5.2 一个最简单的顶点/片元着色器
5.2.1 顶点/片元着色器的基本结构
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 5/ Simple Shader" {
SubShader {
Pass {
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
float4 vert(v: POSITION): SV_POSITION {
// return mul(UNITY_MATRIX_MVP, v);
// Unity Upgrade NOTE: replace 'mul(UNITY_MATRIX_MVP, *)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'
return UnityObjectToClipPos(v);
}
fixed4 frag(): SV_Target {
return fixed4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
}
ENDCG
}
}
}
几个点：
- Properties 属性不是必须的（方便材质面板中友好的用户显示）；
- 顶点/片元着色器的 CGPROGRAM 和 ENDCG 写在 Pass 中；
- '#pragma vertex' 和 '#pragma fragment frag' 属于编译指令，告诉 Unity 顶点着色器和片元着色器的代码包含在哪个函数中；
- POSITION 是 Cg/HLSL 中的语义，用来指明顶点坐标；
- SV_POSITION 也是 Cg/HLSL 中的语义，用来指明顶点着色器的输出是裁剪空间中顶点坐标；
- mul(UNITY_MATRIX_MVP, v) 将顶点坐标变换到裁剪空间中（在第四章数学基础中已知），该使用方法，在新版本的 Unity 中，已替换成 UnityObjectToClipPos(v)；
- SV_Target 是 HLSL 中的语义，它告诉渲染器把用户的输出颜色存储到一个渲染目标（Render Target）中；
- 片元着色器返回 fixed4 类型的变量，每个分量在 [0, 1] 中取值，[0, 0, 0] 表示黑色，[1, 1, 1] 表示白色；
上述 Shader 中，传入顶点着色器的只有顶点的位置 POSITION，而我们知道，顶点还记录了其他的信息，比如 法线、纹理坐标、颜色等等。为了获得这些的数据，该如何做呢？因此引出下一节的内容，定义一个结构体，给顶点着色器传入更多的数据。
5.2.2 模型数据从哪里来
我们想获取顶点的法线和纹理坐标信息，因此将 Shader 改写如下：
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 5/ Simple Shader" {
SubShader {
Pass {
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
float4 vert(a2v v): SV_POSITION {
return UnityObjectToClipPos(v.vertex);
}
fixed4 frag(): SV_Target {
return fixed4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
}
ENDCG
}
}
}
其中：
- struct 书写格式需要注意，结构体的定义在末尾需要加分号；
- a2v 的意思是应用程序数据转为顶点数据（application data to vertex data）；
- 结构体中，声明 float4 vertex : POSITION ，那么 Unity 会将顶点数据自动填充到 vertex 变量中；声明 float3 normal: NORMAL，那么 Unity 会将法线数据自动填充到 normal 变量中；声明 float4 texcoord: TEXCOORD0， Unity 会将第一个纹理坐标填充到 texcoord 变量中；
5.2.3 顶点着色器和片元着色器之间如何通信
- 定义从顶点着色器输出的数据结构 v2f；
- 片元着色器中，将 v2f 对象作为参数传入；
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 5/ Simple Shader" {
SubShader {
Pass {
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f {
float4 pos: SV_POSITION;
fixed3 color: COLOR0;
};
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.color = v.normal * 0.5 + fixed3(0.5, 0.5, 0.5);
return o;
}
fixed4 frag(v2f i): SV_Target {
return fixed4(i.color, 1.0);
}
ENDCG
}
}
}
注意点：
- 顶点着色器输出结构中，必须包含一个变量，其语义为 SV_POSITION ；
- COLOR0 语义中的数据可以由用户自己定义，一般存储颜色（如漫反射颜色或者高光反射颜色）；
- 片元着色器中的输入，实际是将顶点着色器中的顶点数据进行插值后得到的结果；
5.2.4 如何使用属性
- 在 Shader 的 Properties 中添加变量 _Color("Color Tint", Color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)；
- 在 CGPROGRAM 中定义同名变量 fixed4 _Color；
3.在 frag 中使用该变量；
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 5/ Simple Shader" {
Properties {
_Color ("Color Tint", Color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
}
SubShader {
Pass {
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
fixed4 _Color;
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
fixed3 color : COLOR0;
};
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.color = v.normal * 0.5 + fixed3(0.5, 0.5, 0.5);
return o;
}
fixed4 frag(v2f i): SV_Target {
fixed3 c = i.color;
c *= _Color.rgb;
return fixed4(c, 1.0);
}
ENDCG
}
}
}
5.3 强大的援手：Unity 提供的内置文件和变量
官方网站（http://unity3d.com/cn/get-unity/download/archive）上下载 Unity 的包含文件。
Unity 中常用的包含文件：
UnityCG.cginc ——包含了常用的帮助函数、宏和结构体；
HLSLSupport.cginc ——声明了很多用于跨平台编译的宏和定义，编译 Unity Shader 时，会自动包含；
UnityShaderVariables.cginc——包含了许多内置的全局变量，如 UNITY_MATRIX_MVP 等，编译 Unity Shader 时，会自动包含；
Lighting.cginc ——包含各种内置光照，如果是 Surface Shader ，会自动包含进来。
UnityCG.cginc 中包含的常用结构体：
appdata_base:可用于顶点着色器的输入，包含顶点位置、顶点法线、第一组纹理坐标；
appdata_tan: 可用于顶点着色器的输入，包含顶点位置、顶点法线、顶点切线、第一组纹理坐标；
appdata_full: 可用于顶点着色器的输入，包含顶点位置、顶点法线、顶点切线、四组（或更多组）纹理坐标；
appdata_img: 可用于顶点着色器的输入，包含顶点位置、第一组纹理坐标；
v2f_img: 可用于顶点着色器的输出，包含裁剪空间中的位置、纹理坐标；
一些帮助函数：（略）
5.5 程序员的烦恼：Debug
（略）主要通过输出颜色来调试，比较原始。
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