shaderlab 关键点记录

博主：小蓝
发布时间：2024 年 06 月 11 日
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分类： Linux 技术杂烩

**ShaderLab 关键点记录**

ShaderLab 是 Unity 中用于编写着色器的语言。着色器是运行在 GPU 上的程序，负责处理渲染流水线中的各种图形计算。理解 ShaderLab 的关键概念和技术细节，对于开发高效、复杂的图形效果至关重要。本文将详细记录 ShaderLab 的关键点，帮助开发者深入掌握这门语言。

![](https://www.8kiz.cn/usr/uploads/2024/06/2203786070.png)

### ShaderLab 基础

#### 1. ShaderLab 结构

一个 ShaderLab 文件通常由以下几个部分组成：

- **Shader 名称**：定义着色器的名称。
- **Properties**：定义着色器可调节的属性。
- **SubShader**：定义具体的渲染过程。
- **Pass**：定义一个渲染通道。

示例结构：

```csharp
Shader "Custom/MyShader" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader {
        Pass {
            // Shader code here
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}
```

#### 2. Properties

`Properties` 用于在 Inspector 窗口中暴露变量，方便调节。常见类型包括：

- **Color**：颜色。
- **Vector**：向量。
- **Range**：范围值。
- **Float**：浮点数。
- **2D**：2D 纹理。

示例：

```csharp
Properties {
    _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    _Shininess ("Shininess", Range(0.03, 1)) = 0.078125
}
```

#### 3. SubShader 和 Pass

`SubShader` 包含一个或多个 `Pass`，每个 `Pass` 代表一个渲染步骤。

- **SubShader**：用于定义多种渲染路径，以适应不同的硬件。
- **Pass**：包含具体的渲染指令。

示例：

```csharp
SubShader {
    Tags { "RenderType"="Opaque" }
    Pass {
        CGPROGRAM
        #pragma vertex vert
        #pragma fragment frag
        // Vertex and fragment shader code
        ENDCG
    }
}
```

### CG/HLSL 代码

ShaderLab 中嵌入的 CG 或 HLSL 代码用于编写具体的顶点和片段着色器。

#### 1. 顶点着色器

顶点着色器负责处理顶点属性，如位置、法线等。

示例：

```csharp
struct appdata {
    float4 vertex : POSITION;
    float3 normal : NORMAL;
};

struct v2f {
    float4 pos : SV_POSITION;
    float3 normal : TEXCOORD0;
};

v2f vert (appdata v) {
    v2f o;
    o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    o.normal = v.normal;
    return o;
}
```

#### 2. 片段着色器

片段着色器负责计算每个像素的颜色。

示例：

```csharp
float4 frag (v2f i) : SV_Target {
    return float4(i.normal, 1.0);
}
```

### 常用指令和技巧

#### 1. #pragma 指令

用于控制编译器行为，如定义顶点和片段着色器入口。

- `#pragma vertex vert`：定义顶点着色器入口。
- `#pragma fragment frag`：定义片段着色器入口。

#### 2. 内置变量

Unity 提供了一些内置变量，方便在着色器中使用。

- `UNITY_MATRIX_MVP`：模型视图投影矩阵。
- `unity_ObjectToWorld`：对象到世界坐标的变换矩阵。

#### 3. 纹理采样

使用 `tex2D` 函数进行纹理采样。

示例：

```csharp
sampler2D _MainTex;
float4 frag (v2f i) : SV_Target {
    float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
    return texColor;
}
```

#### 4. 多通道渲染

使用多个 `Pass` 进行复杂的多通道渲染。

示例：

```csharp
SubShader {
    Pass {
        // First pass
    }
    Pass {
        // Second pass
    }
}
```

### 实用例子：Phong 着色器

一个简单的 Phong 着色器示例，展示了基本的光照计算。

```csharp
Shader "Custom/PhongShader" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
        _Shininess ("Shininess", Range(0.03, 1)) = 0.078125
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        Pass {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

struct appdata {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD0;
                float2 uv : TEXCOORD1;
            };

sampler2D _MainTex;
            float4 _Color;
            float _Shininess;

v2f vert (appdata v) {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }

float4 frag (v2f i) : SV_Target {
                float3 normal = normalize(i.normal);
                float3 lightDir = normalize(float3(0.0, 0.0, 1.0));
                float3 viewDir = normalize(float3(0.0, 0.0, 1.0));

// Diffuse
                float diff = max(dot(normal, lightDir), 0.0);

// Specular
                float3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
                float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), _Shininess);

// Texture and color
                float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
                float4 color = _Color * texColor;
                color.rgb *= diff;
                color.rgb += spec;

return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}
```

### 分析说明表

| 关键点            | 说明                                           | 示例代码                                       |
| ----------------- | ---------------------------------------------- | ---------------------------------------------- |
| ShaderLab 结构    | 定义着色器的基本结构，包括名称、属性和渲染过程 | `Shader "Custom/MyShader"`                   |
| Properties        | 定义在 Inspector 中暴露的变量                  | `_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}`      |
| SubShader 和 Pass | 定义具体的渲染步骤                             | `SubShader { Pass { CGPROGRAM ... ENDCG } }` |
| 顶点着色器        | 处理顶点属性，如位置和法线                     | `v2f vert (appdata v)`                       |
| 片段着色器        | 计算每个像素的颜色                             | `float4 frag (v2f i) : SV_Target`            |
| #pragma 指令      | 控制编译器行为，定义着色器入口                 | `#pragma vertex vert`                        |
| 内置变量          | Unity 提供的内置变量，方便在着色器中使用       | `UNITY_MATRIX_MVP`                           |
| 纹理采样          | 使用 `tex2D` 函数进行纹理采样                | `float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv)`    |
| 多通道渲染        | 使用多个 `Pass` 进行复杂的渲染               | `SubShader { Pass { ... } Pass { ... } }`    |

### 总结

ShaderLab 是 Unity 中创建和管理着色器的核心工具。通过理解其基本结构、常用属性和关键技术，开发者可以创建出各种复杂的图形效果。从基础的颜色和纹理处理，到高级的光照和多通道渲染，ShaderLab 提供了强大的功能和灵活性。希望本文记录的关键点能帮助您更好地掌握 ShaderLab，提高图形编程的效率和效果。

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最后修改：2024 年 06 月 11 日

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小蓝 • 2024 年 06 月 11 日

**ShaderLab 关键点记录**

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### ShaderLab 基础

#### 1. ShaderLab 结构

一个 ShaderLab 文件通常由以下几个部分组成：

- **Shader 名称**：定义着色器的名称。
- **Properties**：定义着色器可调节的属性。
- **SubShader**：定义具体的渲染过程。
- **Pass**：定义一个渲染通道。

示例结构：

#### 2. Properties

`Properties` 用于在 Inspector 窗口中暴露变量，方便调节。常见类型包括：

- **Color**：颜色。
- **Vector**：向量。
- **Range**：范围值。
- **Float**：浮点数。
- **2D**：2D 纹理。

示例：

```csharp
Properties {
    _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    _Shininess ("Shininess", Range(0.03, 1)) = 0.078125
}
```

#### 3. SubShader 和 Pass

`SubShader` 包含一个或多个 `Pass`，每个 `Pass` 代表一个渲染步骤。

- **SubShader**：用于定义多种渲染路径，以适应不同的硬件。
- **Pass**：包含具体的渲染指令。

示例：

### CG/HLSL 代码

ShaderLab 中嵌入的 CG 或 HLSL 代码用于编写具体的顶点和片段着色器。

#### 1. 顶点着色器

顶点着色器负责处理顶点属性，如位置、法线等。

示例：

```csharp
struct appdata {
    float4 vertex : POSITION;
    float3 normal : NORMAL;
};

struct v2f {
    float4 pos : SV_POSITION;
    float3 normal : TEXCOORD0;
};

v2f vert (appdata v) {
    v2f o;
    o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    o.normal = v.normal;
    return o;
}
```

#### 2. 片段着色器

片段着色器负责计算每个像素的颜色。

示例：

```csharp
float4 frag (v2f i) : SV_Target {
    return float4(i.normal, 1.0);
}
```

### 常用指令和技巧

#### 1. #pragma 指令

用于控制编译器行为，如定义顶点和片段着色器入口。

- `#pragma vertex vert`：定义顶点着色器入口。
- `#pragma fragment frag`：定义片段着色器入口。

#### 2. 内置变量

Unity 提供了一些内置变量，方便在着色器中使用。

- `UNITY_MATRIX_MVP`：模型视图投影矩阵。
- `unity_ObjectToWorld`：对象到世界坐标的变换矩阵。

#### 3. 纹理采样

使用 `tex2D` 函数进行纹理采样。

示例：

```csharp
sampler2D _MainTex;
float4 frag (v2f i) : SV_Target {
    float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
    return texColor;
}
```

#### 4. 多通道渲染

使用多个 `Pass` 进行复杂的多通道渲染。

示例：

```csharp
SubShader {
    Pass {
        // First pass
    }
    Pass {
        // Second pass
    }
}
```

### 实用例子：Phong 着色器

一个简单的 Phong 着色器示例，展示了基本的光照计算。

struct appdata {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD0;
                float2 uv : TEXCOORD1;
            };

sampler2D _MainTex;
            float4 _Color;
            float _Shininess;

// Diffuse
                float diff = max(dot(normal, lightDir), 0.0);

// Specular
                float3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
                float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), _Shininess);

// Texture and color
                float4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
                float4 color = _Color * texColor;
                color.rgb *= diff;
                color.rgb += spec;

return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}
```

### 分析说明表

### 总结

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