Shader入门——1.基本框架

一个仅仅是表现rgb的shader

一个简单的rgb颜色的渲染

Shader "Custom/RgbShader"
{
    Properties
    {
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
        _Glossiness ("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
        _Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0
    }
    SubShader
    {
        Pass
		{
			CGPROGRAM
 
			#pragma vertex vert
			float4 vert(float4 pos:POSITION):POSITION
			{
			return UnityObjectToClipPos(pos);
			}

			#pragma fragment frag
			fixed4 frag():COLOR
			{
				return fixed4(1,0,0,1);
			}
			ENDCG
		}
    }
    FallBack "Diffuse"
}

逐行翻译一下,

首先Shader”Custom/RgbShader”这个是此shader的名称及再unity 的内部路径,名字叫“RgbShader”存储在Custom下

其次Properties是该shader能在unity右边功能栏能显示的属性,以下划线“_”开头”_Name”能够在此shader中直接定义然后调用,”(…)”中是他的面板名称与属性,比如_Color(“Color Tint”,Color)就可以翻译成_Color这个属性在unity的功能面板中的名字为”Color Tint”,该属性的属性是“Color”这个Color是内置的一个属性代表颜色,一般是fixed4,储存了R、G、B、A这四种属性。但在用的时候可能就用R,G,B这三个。”=”赋值后面的是默认值。

所以shader代码的开头一般为这样

Shader"Custom/ShaderName"
    Properties{
        _Color{"Color",Color}=(1,1,1,1)
        ...
    }

然后就是我们的Subshader。在unity调用一个shader的时候会扫描该shader下的所有subshader然后选择一个能够在该平台下运行的subshader,如果没有的话会调用Fallback之后语义定义的一个内置的shader来达到降级运行的效果。如果不想调用的话,直接添加Off关闭就行了(Fallback Off)。本shader的降级选项是”Diffuse”这个内置shader。所以一个shader必包含至少一个subshader。而subshader中一定包含起码一个Pass(注意这个Pass必须第一个字母大写),因为Pass语句定义了一次完整的渲染过程。在subshader中可以有多个Pass。而有些shader中无Pass,就比如新建的默认standard surface shader,他其中就没有Pass这个语句,因为他在下面的#pragma surface surf Standard fullfowardshadows,进行了一次内置的渲染过程,这个是shaderlab中的默认语句,在编写hlsl时仍需要完整的写出来。所以,添加了这些之后的shader应该是这样的

Shader"Custom/ShaderName"
        Properties{
            _Color("Color",Color)=(1,1,1,1)
        }
        Subshader{
            Pass{
            }
        }
        Fallback "Diffuse"

这样,我们一个基本的shader大框架就搭建完毕了。

然后是CGPROGRAM,这个语句是一个组合,有CGPROGRAM一定有一个ENDCG。这个语句表示这一区域的代码适用于CG语言。当然unity支持opengl与hlsl这两种GPU语言,所以亦可以是HLSLPROGRAM 与 ENDHLSL来组合,这样就告诉编译器,这篇代码是用hlsl来编写的。添加上这部分的代码我们的框架又充实了一点。如下呈现

Shader"Custom/ShaderName"
      Properties{
          _Color("Color",Color)=(1,1,1,1)
          ...
      }
      Subshader{
            Pass{
                 CGPROGRAM
                 ...
                 ENDCG
            }
      }
      Fallback "Diffuse"

如此我们就可以正式的用CG语言编写我们的shader代码了。

#pragma vertex vert

这行代码#pragma是编译指令,告诉编译器我要编译什么函数,在shader中可以编译的一般只有两种着色器,顶点与片元。所以#pragma vertex vert就是告诉编译器我要将vert函数编译成顶点着色器。同理编译片元着色器就是#pragma fragment frag。这样就可以继续丰富我们的代码了。

Shader"Custom/ShaderName"
      Properties{
          _Color("Color",Color)=(1,1,1,1)
          ...
      }
      Subshader{
            Pass{
                 CGPROGRAM
                 #pragma vertex vert
                 #pragma fragment frag
                 ...
                 ENDCG
            }
      }
      Fallback "Diffuse"

然后我们来编写我们的顶点着色器

float4 vert(float4 pos:POSITION):SV_PSOITION{
}

这其中float4其实是一个数组定义,定义了vert这个函数的返回值是一个1X4的数组,每个数的类型是float,()中的float4 pos:POSITION是获取目标的顶点位置作为输入,其中POSITION是一个语义绑定的概念,这个概念相当于告诉unity讲模型的顶点坐标填充到pos这个参数pos中,而SV_POSITION则告诉unity,输出是裁剪空间的顶点坐标,类型就是我们在函数一开始定义的float4。如果没有这些语义的话,unity不知道用户的输入与输出。由于这个着色器是一个很简单的着色器,所以就包含了一行代码。

return UnityObjectToClipPos(pos);

UnityObjectToClipPos()是新版unityshader的内置函数,作用就是相当于原来之前的mul(UNITY_MATRIX_MVP,pos);矩阵变换 。该矩阵变换是将当前的模型的顶点/方向矢量从模型空间变换到裁剪空间。所以完整的顶点着色器的代码如下。(mul是multiple的缩写,在这指乘法)

float4 vert(pos:POSITION):SV_POSITION{
    return UnityObjectToClipPos(pos);
}

同理我们也可以定义片元着色器的函数

fixed4 frag():SV_Target{
    return fixed4 color=(1.0,0.0,0.0,1.0);
}

在这个案例中由于frag函数没有任何输入,输出是一个fixed4的变量,这里就直接输出一个颜色。其中SV_Target也是一个语义绑定。这个属于HLSL中的一个系统语义,相当于告诉渲染器,把用户的输出颜色储存到一个渲染目标(render target)中,这里将默认储存到帧缓存中。

Shader"Custom/RGBShader"
{
        Properties{
            _Color("Color Tint",Color)=(1.0,1.0,1.0,1.0)
        }
        Subshader{
            Pass{
                  CGPROGRAM
                  #pragma vertex vert
                  #pragma fragment frag
                  
                  float4 vert(float4 pos:POSITION):SV_POSITION{
                          return UnityObjectToClipPos(pos);
                  }

                  fixed4 frag():SV_Target{
                          return fixed4 (1.0,0.0,0.0,1.0);
                  }

                  
                  ENDCG
            }
        }
    Fallback "Diffuse"
}

我们如何在shader graph中实现这个代码效果呢,其实很简单

使用pbr的shader graph来进行连线

创建一个”Color”标签,然后将他连接到Albedo就可以得到预期的效果。

连接一个color 节点就行了。

可我们在UE4的shader节点编辑器里面,也一样,但UE4中暂时没找到像shader graph那样的直接的颜色标签,他以另一种形式呈现,”Constant”是一个常量标签,有4种形式,constant 1是一个一维常量值,在颜色部分仅表示黑白,但他又是浮点数的形式,所以还可以表达灰色这种中间色。constant 2是一个二维的向量表达,但在颜色这里仅有R、G属性,constant 3就是我们这里用的R、G、B颜色表达。所以本例中要表现红色的表面,我们可以直接进行一个“1.0,0.0,0.0”的颜色输出。constant4,就是我们上面shader所写的RGBA的一个表达。

UE4中的基础颜色表达

而在substance design(以后简称SD),中他的表达方式更加直接,可以直接添加Uniform Color标签然后添加到Base Color的输出。

SD中的基础颜色表达

到此,我们第一个基础的颜色表达已经完成。

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