UnityShader 基础知识

Unity一共提供了4 种Unity Shader 模板供我们选择——
Standard Surface Shader：包含了标准光照模型基于物理的渲染方法表面着色器模板（PBR）
Unlit Shader：一个不包含光照（但包含雾效）的基本的顶点／片元着色器
Image Effect Shader：实现各种屏幕后处理效果
Compute Shader：利用GPU 的并行性来进行一些与常规渲染流水线无关的计算（GPU Skinning？） ps:(http://docs.unity3d.con/Manual/ComputeShaders.html)

ShaderLab

是Unity 提供的编写Unity Shader 的一种说明性语言。它使用了一些嵌套在花括号内部的语义（syntax ）来描述一个Unity Shader 文件的结构。

Shader ” ShaderName” {
    Properties {
        //属性
            Name (”display name", PropertyType) = DefaultValue
//一个字符串后跟一个花括号来指定的，其中，字符串要么是空的，要么是内置的纹理名称，如“white ＂“ black ”“ gray ＂或者“ bump ”。
_Cube(”Cube ” , Cube ) = ”white”{}
    }
    SubShader {
        //显卡A使用的子着色器
//真正意义上的Shader 代码会出现在这里
        //表面着色器（Surface Shader ）或者
        // 顶点/片元着色器（ Vertex/Fragment Shader ）或者
        //固定函数着色器（ Fixed Function Shader )

              //可选的 标签
              
          [Tags]  
          //可选的 状态
          [RenderSetup]
          Pass {
             // 例如 /只有定义了正确的LightMode，我们才能得到一些Unity 的内置光照变量
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
              // /
               //   CGPROGRAM和ENDCG 来包围CG 代码片
            
                //为了使用Properties语义块中的属性，需要定义一个和该属性相同的变量类似c#
                fixed4 _Diffuse;
          }
          // Other Passes
     }
    SubShader {
        //显卡B使用的子着色器
    ]   
    Fallback ”VertexLit”

ShaderLab 中常见的渲染状态设置选项。

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将会应用到所有的Pass。如果我们不想这样（例如在双面渲染中，我们希望在第一个Pass 中剔除正面来对背面进行渲染，在第二个Pass 中剔除背面来对正面进行渲染），可以在Pass 语义块中单独进行上面的设置。

标签
SubShader 的标签（ Tags ）是一个键值对（Key/Value Pair ）。用来告诉Unity 的渲染引擎： SubShader我希望怎样以及何时渲染这个对象。

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Pass 语义块

Pass 语义块包含的语义如下：

Pass {
    [Name]
    [Tags]
    [RenderSetup]
    // Other code
}
//可以在Pass 中定义该Pass 的名称
Name "MyPassName"
//通过这个名称，我们可以使用ShaderLab 的UsePass 命令来直接使用其他Unity Shader 中的Pass
// 内部会把所有Pass 的名称转换成大写字母的表示
UsePass "MyShader/MYPASSNAME”

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-UsePass：如我们之前提到的一样，可以使用该命令来复用其他Unity Shader 中的Pass;
-GrabPass：该Pass 负责抓取屏幕并将结果存储在一张纹理中，以用于后续的Pass 处理

Fallback

最后保底的渲染方式，以上都不执行的话。
其中还包括阴影投射

shader种类的选择

如果你想和各种光源打交道，你可能更喜欢使用表面着色器，但需要小心它在移动平台的性能表现。
-如果你需要使用的光照数目非常少，例如只有一个平行光，那么使用顶点／片元着色器是一个更好的选择。
-最重要的是，如果你有很多自定义的渲染效果，那么请选择顶点／片元着色器。

渲染流水线

应用阶段(Application Stage ）、几何阶段（ Geometry Stage ）、光栅化阶段（ Rasterizer Stage ）

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几何阶段

几何阶段用于处理所有和我们要绘制的几何相关的事情。例如，决定需要绘制的图元是什么，怎样绘制它们，在哪里绘制它们。这一阶段通常在GPU 上进行。
几何阶段负责和每个渲染图元打交道，进行逐顶点、逐多边形的操作。这个阶段可以进一步分成更小的流水线阶段，这在下一章中会讲到。几何阶段的一个重要任务就是把顶点坐标变换到屏幕空间中，再交给光栅器进行处理。通过对输入的渲染图元进行多步处理后，这一阶段将会输出屏幕空间的二维顶点坐标、每个顶点对应的深度值、着色等相关信息，并传递给下一个阶段。

光栅化阶段

这一阶段将会使用上个阶段传递的数据来产生屏幕上的像素，并渲染出最终的图像。这一阶段也是在GPU 上运行。光栅化的任务主要是决定每个渲染图元中的哪些像素应该被绘制在屏幕上。它需要对上一个阶段得到的逐顶点数据（例如纹理坐标、顶点颜色等〉进行插值，然后再进行逐像素处理。
和上一个阶段类似，光栅化阶段也可以分成更小的流水线阶段

什么是渲染状态呢？一个通俗的解释就是，这些状态定义了场景中的网格是怎样被渲染的

几何阶段和光栅化阶段可以分成若干更小的流水线阶段，这些流水线阶段由GPU 来实现，每个阶段GPU 提供了不同的可配置性或可编程性。图中展示了不同的流水线阶段以及它们的可配置性或可编程性。

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-顶点着色器（ Vertex Shader ） 是完全可编程的，它通常用于实现顶点的空间变换、顶点着色等功能。
-曲面细分着色器（ Tessellation Shader ） 是一个可选的着色器，它用于细分图元。
-几何着色器（ Geometry Shader ） 同样是一个可选的着色器，它可以被用于执行逐图元（ Per-Primitive)的着色操作，或者被用于产生更多的图元。下一个流水线阶段是
-裁剪（ Clipping ），这一阶段的目的是将那些不在摄像机视野内的顶点裁剪掉，并剔除某些三角图元的面片。这个阶段是可配置的。

例如，我们可以使用自定义的裁剪平面来配置裁剪区域，也可以通过指令控制裁剪三角图元的正面还是背面。几何概念阶段的最后一个流水线阶段是屏幕映射（ Screen Mapping ）。这一阶段是不可配置和编程的，它负责把每个图元的坐标转换到屏幕坐标系中。
光栅化概念阶段中的三角形设置（Triangle Setup ）和三角形遍历（ Triangle Traversal ）阶段也都是固定函数（Fixed-Function ）的阶段。接下来的
片元着色器（Fragment Shader ），则是完全可编程的，它用于实现逐片元（ Per-Fragment ）的着色操作。最后，
逐片元操作（ Per-Fragment Operations ） 阶段负责执行很多重要的操作，例如修改颜色、深度缓冲、进行混合等，它不是可编程的，但具有很高的可配置性。

顶点着色器

我们可以通过改变顶点位置来模拟水面、布料等
最基本的顶点着色器必须完成的一个工作是，把顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪空间。想想看，我们在顶点着色器中是不是会看到类似下面的代码：

o.pos = mul(UNITY_MVP, v.position);

屏幕映射

把每个图元的x 和y 坐标转换到屏幕坐标系（Screen Coordinates ）下
这个过程实际是一个缩放的过程，如图2.10 所示。你可能会问，那么输入的z 坐标会怎么样呢？屏幕映射不会对输入的z 坐标做任何处理。实际上，屏幕坐标系和z 坐标一起构成了一个坐标系，叫做窗口坐标系（ Window Coordinates ）。这些值会一起被传递到光栅化阶段。

逐片元操作

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模板测试（ Stencil Test ）
模板测试通常用于限制渲染的区域。另外，模板测试还有一些更高级的用法，如渲染阴影、轮廓渲染等。
深度测试（Depth Test）
通常这个比较函数是小于等于的关系，即如果这个片元的深度值大于等于当前深度缓冲区中的值，那么就会舍弃它。这是因为，我们总想只显示出离摄像机最近的物体，而那些被其他物体遮挡的就不需要出现在屏幕上。如果一个片元没有通过深度测试，它就没有权利更改深度缓冲区中的值。而如果它通过了测试，开发者还可以指定是否要用这个片元的深度值覆盖掉原有的深度值，这是通过开启／关闭深度写入来做到的。透明效果和深度测试以及深度写入的关系非常密切。
片元通过上面测试，它就可以自豪地来到合并功能的面前。为什么需要合并？我们要知道，这里所讨论的渲染过程是一个物体接着一个物体画到屏幕上的。而每个像素的颜色信息被存储在一个名为颜色缓冲的地方。因此，当我们执行这次渲染时，颜色缓冲中往往已经有了上次渲染之后的颜色结果，那么，我们是使用这次渲染得到的颜色完全覆盖掉之前的结果，还是进行其他处理？这就是合并需要解决的问题。
对于不透明物体，开发者可以关闭混合（Blend ）操作。这样片元着色器计算得到的颜色值就会直接覆盖掉颜色缓冲区中的像素值。但对于半透明物体，我们就需要使用混合操作来让这个物体看起来是透明的。

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各种测试的顺序是可以改变的不一定非要片元之后再计算深度等等。

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