简要整理了部分常用的UnityShader案例，并编写了相关的代码以供以后编写新shader时作为参考

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前言

本编程指南仅尽可能的列出编写一个shader的参考

shader编写结构

1.定义Properties（方便在创建材质的时候可以传入贴图等数据）

2.编写SubShader主题

2.1【Tags】

2.2【RenderSetUp】

2.2.1【LOD】渲染深度（详情参考Unity LOD 远景渲染部分）

2.3【GrabPass】【UsePass】【Pass】【Pass】(第二个或者其他)

----------------------案例Pass-------------------- 【RenderSetUp】 CGPROGRAM //编译顶点着色器 #pragma vertex vert //编译片元着色器 #pragma fragment frag

2.3.1 其他引用以及其它编译指令

2.3.2 声明参数

2.3.3 设置应用数据->顶点着色器结构体a2v，appdata（a2v为app to vert简写）

2.3.4 设置顶点->片源着色器结构体v2f（v2f为vert to fragment简写）

2.3.5 编写顶点着色器渲染方法

v2f vert (a2v v){ v2f o; //着色器内容 return o; }

2.3.5 编写片源着色器渲染方法

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{ fixed4 tex = ...; //着色器内容 return tex; } ENDCG

3.设置Fallback，如果显卡无法运行上面的SubShader，则执行FallBack预设进行渲染

1.Properties（参考书籍P30）

传入数据常用类型

Int

_Int("Int",Int)=2

Float

_Float("Float",Float)=1.0

Range

_Range("Range",Range(0.0,5.0))=1.0

Color

_Color("Color",Color)=(1,1,1,1)

Vector

_Vector("Vector",Vector)=(1,1,1,1)

2D

_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} ps:内置纹理名称包含white、black、gray、bump等等

Cube

_Cubemap ("Environment Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}

3D

_3D ("3D", 3D) = "black"

2.Tags（参考网站：https://gameinstitute.qq.com/community/detail/121997）

渲染类型声明（包含渲染顺序）

Tags的书写方法为键值对，可多可少，不需要全部声明，未声明时按默认值 Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Transparent" }

2.1（SubShader）Tags

key:Queue

渲染顺序,括号内为优先度，值越小越先被渲染

value

Background(1000) Geometry(2000)【默认】 AlphaTest(2450) Transparent(3000) Overlay(4000) 可以自定义值例如"Queue"="3100"

key:RenderType

渲染类型

value

Opaque-----------------不透明（法线、自发光、反射、地形Shader） Transparent------------半透明（透明、粒子、字体、地形添加通道Shader） TransparentCutout------遮罩透明（透明裁切、双通道植物Shader） Background-------------天空盒Shader Overlay----------------GUI纹理、光晕、闪光Shader TreeOpaque-------------地形引擎——树皮 TreeTransparentCutout--地形引擎——树叶 TreeBillboard----------地形引擎——公告牌（始终面向摄像机）式树木 Grass------------------地形引擎——草 GrassBillboard---------地形引擎——公告牌（始终面向摄像机）式草

key:DisableBatching

是否禁用Batch（打包、合并）

value

True-------------------禁用 False------------------不禁用（默认） LODFading--------------当LOD fade开启的时候禁用，一般用在树木上面

key:ForceNoShadowCasting

是否强制不投射阴影，当这个值为True的时候，使用这个Shader的对象便不会投射阴影。

key:IgnoreProjector

无视投影器，当这个值为True的时候，对象便不受投射器影响。

key:CanUseSpriteAtlas

可使用精灵集，当这个值为False的时候，不能使用精灵集。

key:PreviewType

材质的预览形式，默认显示为球体，可以使用Plane（2D平面）或Skybox（天空盒）

2.2（Pass）Tags

key:LightMode

光照模式

value

Always------------------总是渲染，不使用光照 ForwardBase-------------用于前向渲染，使用环境光、主平行光、顶点/SH（球谐函数）光照以及光照贴图 ForwardAdd--------------用于前向渲染，额外使用每像素光，每个光照一个通道 Deferred----------------用于延迟着色，渲染G-Buffer ShadowCaster------------渲染对象的深度到阴影贴图或者深度纹理 PrepassBase-------------用于（旧版）延迟光照，渲染法线和高光指数 PrepassFinal------------用于（旧版）延迟光照，合并贴图、光照和自发光来渲染最终色彩 Vertex------------------当对象不受光照贴图影响的时候，用来渲染（旧版）顶点发光。使用所有的顶点光照 VertexLMRGBM------------当对象接受光照贴图影响的时候，用来渲染（旧版）顶点发光。适用于使用RGBM编码光照贴图的平台（PC&主机） VertexLM----------------当对象接受光照贴图影响的时候，用来渲染（旧版）顶点发光。适用于使用double-LDR编码光照贴图的平台（移动平台）

key:PassFlags

标志渲染管线如何传递数据给通道

value

OnlyDirectional---------只有主平行光、环境光和光照探测器的数据会传递给通道。仅用于LightMode为ForwardBase

key:RequireOptions

标志通道至于在某些外部条件满足时才会被渲染 SoftVegetation----------当Quality Setting中的Soft Vegetation选项被开启时，才会渲染通道

3.RenderSetUp(以下写在CGPROGRAM之前)（参考书籍P31）

3.1 Cull

Cull Back | Front | Off 设置剔除模式：剔除背面/正面/关闭剔除

3.2 ZTest

3.3 ZWrite

ZWrite On | Off 开启/关闭深度写入

3.4 Blend

BlendOp (Op) 设置混合操作 Blend (SrcFactor) (DstFactor) Blend (SrcFactor) (DstFactor),(SrcFactorA) (DstFactorA) 开启并设置混合模式（透明材质用）例如：Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

其中SrcFactor为源颜色乘以的混合因子 DstFactor为目标颜色乘以的混合因子两者相加存入颜色缓冲区

Blend混合操作表（参考书籍P174）

Blend混合因子表（参考书籍P174）

常用混合类型

正常--------| Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha 柔向相加----| Blend OneMinusDstColor One 正片叠底----| Blend DstColor Zero 两倍相乘----| Blend DstColor SrcColor 变暗--------| BlendOp Min ------------| Blend One One 变亮--------| BlendOp Max ------------| Blend One One 滤色--------| Blend OneMinusDstColor One 线性减淡----| Blend One One

4.Pass

渲染所使用的通道，可以使用抓取屏幕图像的Pass--GrabPass 以及引用其他shader的Pass--UsePass 以及自己编写的Pass

5.vert & frag

顶点着色器，编写案例如下需要前置结构体a2v 输出结构体v2f （应用->顶点坐标->顶点着色器->输出顶点） v2f vert (a2v v){ v2f o; //着色器内容 return o; }

需要前置结构体v2f 输出着色器颜色值fixed4

（顶点->片元着色器->输出颜色）

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{ fixed4 tex = ...; //着色器内容 return tex; }

5.0 结构体语义（参考书籍P110）

a2v------从应用阶段传递模型数据给顶点着色器

语义	描述	类型
POSITION	模型空间的顶点位置	float4
NORMAL	顶点法线	float3
TANGENT	顶点切线	float3
TEXCOORD0-7	该顶点的纹理坐标，可以定义TEXCOORD0，TEXCOORD1表示第一组或者第二组	float2&float4
COLOR	顶点颜色	fixed4&float4

v2f------从顶点着色器传递数据给片元着色器

语义	描述	类型
SV_POSITION	裁剪空间中的顶点坐标	float4
COLOR0	通常用于输出第一组顶点颜色，非必需	fixed4
COLOR1	通常用于输出第二组顶点颜色，非必需	fixed4
TEXCOORD0-7	用于输出纹理坐标0-7	任意

SV_Target------片元着色器输出时用的语义

输出值将会存储到渲染目标(Render Target)中。

VPOS/WPOS------片元着色器传递屏幕坐标的语义

类型为float4，xy为屏幕空间中的坐标，z为近裁剪平面处于远裁剪平面处的分量，范围0-1。对于w，如果摄像机投影类型为正交投影，w恒为1，如果使用透视投影，w的取值范围为[1/Near,1/Far],Near为近裁剪平面处于摄像机的距离，Far为远裁剪平面处于摄像机的距离。

5.1 变换矩阵（参考书籍P87）

UNITY_MATRIX_MVP（取模现在被UnityObjectToClipPos(v.vertex)所替代）

当前模型的观察投影矩阵，顶点/方向矢量模型空间->裁剪空间

UNITY_MATRIX_MV

当前的模型观察矩阵，顶点/方向矢量模型空间->观察空间

UNITY_MATRIX_V

当前的观察矩阵，顶点/方向矢量世界空间->观察空间

UNITY_MATRIX_P

当前的投影矩阵，顶点/方向矢量观察空间->裁剪空间

UNITY_MATRIX_VP

当前的观察投影矩阵，顶点/方向矢量世界空间->裁剪空间

UNITY_MATRIX_T_MV

UNITY_MATRIX_MV的转置矩阵

UNITY_MATRIX_IT_MV

UNITY_MATRIX_MV的逆转置矩阵，用于将发现从模型空间变换到观察空间，也可用于得到 UNITY_MATRIX_MV的逆矩阵

unity_ObjectToWorld（原为_Object2World）

当前的模型矩阵，用于将顶点/方向矢量从模型空间变换到世界空间

unity_WorldToObject（原为_World2Object）

unity_ObjectToWorld的逆矩阵，用于将顶点/方向矢量从世界空间变换到模型空间

5.2 Unity内置的摄像机和屏幕参数（参考书籍P88）

【float3】 _WorldSpaceCameraPos

该摄像机在世界空间中的位置

【float4】 _ProjectionParams

x = 1.0 & -1.0 | y = Near | z = Far | w = 1.0 + 1.0 / Far Near = 近裁剪平面到摄像机的距离 Far = 远裁剪平面到摄像机的距离

【float4】 _ScreenParams

x = width | y = height | z = 1.0 + 1.0 / width | w = 1.0 + 1.0 / height width = 该摄像机的渲染目标的像素宽度 height = 该摄像机的渲染目标的像素高度

【float4】 _ZBufferParams

x = 1 - Far / Near | y = Far / Near | z = x / Far | w = y / Far 该变量用于线性化Z缓存中的深度值

【float4】unity_OrthoParams

x = width | y = height | z = 无定义 | w = 1.0(该摄像机为正交摄像机) & 0.0(该摄像机为透视摄像机) width = 正交投影摄像机的宽度 height = 正交投影摄像机的高度

【float4x4】unity_CameraProjection

该摄像机的投影矩阵

【float4x4】unity_CameraInvProjection

该摄像机的投影矩阵的逆矩阵

【float4[6]】unity_CameraWorldClipPlanes[6]

该摄像机的6个裁剪平面在世界空间下的等式按如下顺序：左、右、上、下、近、远裁剪平面

5.3 UnityCG.cginc常用的帮助函数（参考书籍P137）

【float3】 WorldSpaceViewDir(float4 v)

输入：模型空间中的顶点位置返回：世界空间红从该点到摄像机的观察方向。 ps：内部实现使用了UnityWorldSpaceViewDir函数

【float3】 UnityWorldSpaceViewDir(float4 v)

输入：世界空间中的顶点位置返回：世界空间中从该点到摄像机的观察方向。

【float3】 ObjectSpaceViewDir(float4 v)

输入：一个模型空间中的顶点位置返回：模型空间中该点到摄像机的观察方向。

【float3】 WorldSpaceLightDir(float4 v)【仅用于前向渲染】【未被归一化】

输入：一个模型空间中的顶点位置返回：世界空间中从该点到光源的光照方向。 ps：内部实现使用了UnityWorldSpaceLightDir函数

【float3】 UnityWorldSpaceLightDir(float4 v)【仅用于前向渲染】【未被归一化】

输入：世界空间中的顶点位置返回：世界空间中该点到光源的光照方向

【float3】 ObjSpaceLightDir(float4 v)【仅用于前向渲染】【未被归一化】

输入：一个模型空间中的顶点位置返回：模型空间中从该点到光源的光照方向

【float3】 UnityObjectToWorldNormal(float3 normal)

把法线方向从模型空间转换到世界空间中

【float3】 UnityObjectToWorldDir(float3 dir)

把方向矢量从模型空间变换到世界空间中

【float3】 UnityWorldToObjectDir(float3 dir)

把方向矢量从世界空间变换到模型空间中

6.关于光照

6.1 Unity渲染路径

在tag-LightMode里设置，详情见本文2.2

6.2 Unity内置光照变量和函数

【float4】 _LightColor0

该Pass处理的逐像素光源的颜色

【float4】 _WorldSpaceLightPos0

该Pass处理的逐像素光源的位置。如果该光源是平行光，_WorldSpaceLightPos0.w=0 如果是其他类型光，_WorldSpaceLightPos0.w=1

【float4x4】 _LightMatrix0

从世界空间到光源空间的变换矩阵。可以用于采样cookie和光照衰减纹理

【float4】 unity_4LightPosX0 unity_4LightPosY0 unity_4LightPosZ0

仅用于BasePass 前四个非重要的点光源在世界空间中的位置

【float4】 unity_4LightPosX0 unity_4LightPosY0 unity_4LightPosZ0

仅用于BasePass 前四个非重要的点光源在世界空间中的位置

【float4】 unity_4LightAtten0

仅用于BasePass 前四个非重要的点光源的衰减因子

【half4[4]】 unity_LightColor

仅用于BasePass 前四个非重要的点光源的颜色

6.3 Unity前向渲染可以使用的内置光照参数

以下函数仅用于前向渲染才可使用。

【float3】 WorldSpaceLightDir(float4 v)【未被归一化】

输入：一个模型空间中的顶点位置返回：世界空间中从该点到光源的光照方向。 ps：内部实现使用了UnityWorldSpaceLightDir函数

【float3】 UnityWorldSpaceLightDir(float4 v)【未被归一化】

输入：一个世界空间中的顶点位置返回：世界空间中从该点到光源的光照方向。

【float3】 ObjSpaceLightDir(float4 v)【未被归一化】

输入：一个模型空间中的顶点位置返回：模型空间中从该点到光源的光照方向。

【float3】 Shade4PointLights(...)

输入：已经打包进矢量的光照数据，参考6.2 返回：计算逐顶点光照。

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前言

shader编写结构

1.定义Properties（方便在创建材质的时候可以传入贴图等数据）

2.编写SubShader主题

2.1【Tags】

2.2【RenderSetUp】

2.2.1【LOD】渲染深度（详情参考Unity LOD 远景渲染部分）

2.3【GrabPass】【UsePass】【Pass】【Pass】(第二个或者其他)

2.3.1 其他引用以及其它编译指令

2.3.2 声明参数

2.3.3 设置应用数据->顶点着色器结构体a2v，appdata（a2v为app to vert简写）

2.3.4 设置顶点->片源着色器结构体v2f（v2f为vert to fragment简写）

2.3.5 编写顶点着色器渲染方法

2.3.5 编写片源着色器渲染方法

3.设置Fallback，如果显卡无法运行上面的SubShader，则执行FallBack预设进行渲染

1.Properties（参考书籍P30）

传入数据常用类型

Int

Float

Range

Color

Vector

2D

Cube

3D

_3D ("3D", 3D) = "black"

2.Tags（参考网站：https://gameinstitute.qq.com/community/detail/121997）

渲染类型声明（包含渲染顺序）

2.1（SubShader）Tags

key:Queue

value

key:RenderType

value

key:DisableBatching

value

key:ForceNoShadowCasting

key:IgnoreProjector

key:CanUseSpriteAtlas

key:PreviewType

2.2（Pass）Tags

key:LightMode

value

key:PassFlags

value

key:RequireOptions

3.RenderSetUp(以下写在CGPROGRAM之前)（参考书籍P31）

3.1 Cull

3.2 ZTest

3.3 ZWrite

3.4 Blend

Blend混合操作表（参考书籍P174）

Blend混合因子表（参考书籍P174）

常用混合类型

4.Pass

5.vert & frag

5.0 结构体语义（参考书籍P110）

a2v------从应用阶段传递模型数据给顶点着色器

v2f------从顶点着色器传递数据给片元着色器

SV_Target------片元着色器输出时用的语义

VPOS/WPOS------片元着色器传递屏幕坐标的语义

5.1 变换矩阵（参考书籍P87）

UNITY_MATRIX_MVP（取模现在被UnityObjectToClipPos(v.vertex)所替代）

UNITY_MATRIX_MV

UNITY_MATRIX_V

UNITY_MATRIX_P

UNITY_MATRIX_VP

UNITY_MATRIX_T_MV

UNITY_MATRIX_IT_MV

unity_ObjectToWorld（原为_Object2World）

unity_WorldToObject（原为_World2Object）

5.2 Unity内置的摄像机和屏幕参数（参考书籍P88）

【float3】 _WorldSpaceCameraPos

【float4】 _ProjectionParams

【float4】 _ScreenParams

【float4】 _ZBufferParams

【float4】unity_OrthoParams

【float4x4】unity_CameraProjection

【float4x4】unity_CameraInvProjection

【float4[6]】unity_CameraWorldClipPlanes[6]

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