标签：als har 法线 com input ifd 生成 资料 顶点
转载请注明出处：http://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/39994049
一直以来，Unity Surface Shader背后的机制一直是刚開始学习的人为之困惑的地方。
Unity Surface Shader在Unity 3.0的时候被开放给公众使用。其宣传手段也是号称让所有人都能够轻松地写shader。但因为资料缺乏，非常多人知其然不知其所以然，无法理解Unity Surface Shader在背后为我们做了哪些事情。
前几天一直被问到一个问题。为什么我的场景里没有灯光，但物体不是全黑的呢？为什么我把Light的颜色调成黑色，物体还是有一些默认颜色呢？这些问题事实上都是因为那些物体使用了Surface Shader的缘故。因此，了解Surface Shader背后的机制是非常重要滴~
尽管Surface Shader一直是一个神奇的存在，但事实上Unity给了我们揭开她面纱的方式：查看它生成的CG代码。大家应该都知道。所谓的Surface Shader实际上是封装了CG语言。隐藏了非常多光照处理的细节，它的设计初衷是为了让用户仅仅使用一些指令（#pragma）就能够完毕非常多事情，并且封装了非常多经常使用的光照模型和函数。比如Lambert、Blinn-Phong等。
而查看Surface Shader生成的代码也非常easy：在每一个编译完毕的Surface Shader的面板上，都有个“Show generated code”的button。像以下这样：
点开后。就能够查看啦~面板上还表明了非常多其它的实用信息。
而这些方便的功能实际上是Unity 4.5公布出来的。详情可见这篇博文。
使用Surface Shader，非常多时候，我们仅仅须要告诉shader，“嘿。使用这些纹理去填充颜色。法线贴图去填充法线。使用Lambert光照模型。其它的不要来烦我！！！”我们不须要考虑是使用forward还是deferred rendering。有多少光源类型、如何处理这些类型，每一个pass须要处理多少个光源。！！
（人们总会rant写一个shader是多么的麻烦。。
。）So！
Unity说，不要急。放着我来~
上面的情景当然对于小白是比較简单的方式。Surface Shader能够让刚開始学习的人高速实现非常多常见的shader，比如漫反射、高光反射、法线贴图等，这些常见的效果也都不错。而相应面就是，因为隐藏了非常多细节。假设想要自己定义一些比較复杂或特殊的效果，使用Surface Shader就无法达到了（或者非常麻烦）。
在学了一段时间的Surface Shader后，我觉得：
这些变量仅仅有在真正使用的时候才会被计算生成。比方。在某些Pass里生成而某些就生成。
我们无法自己定义这个结构体内的变量。关于它最难理解的也就是每一个变量的详细含义以及工作机制（对像素颜色的影响）。
我们来看一下它的定义（在Lighting.cginc里面）：
struct SurfaceOutput {
half3 Albedo;
half3 Normal;
half3 Emission;
half Specular;
half Gloss;
half Alpha;
};会在Fragment 最后输出前（调用final函数前。假设定义了的话）。使用以下的语句进行简单的颜色叠加：
c.rgb += o.Emission;
按眼下的理解。也就是在光照模型里会使用到（假设你没有在光照函数等函数——包含Unity内置的光照函数，中使用它，这个变量就算设置了也没用）。有时候。你仅仅在surf函数里设置了它，但也会影响最后的结果。这是因为，你可能使用了Unity内置的光照模型，如BlinnPhong。它会使用例如以下语句计算高光反射的强度（在Lighting.cginc里）：
float spec = pow (nh, s.Specular*128.0) * s.Gloss;
和上面的Specular相似，一般在光照模型里使用。
在Fragment Shader中会直接使用下列方式赋值（假设开启了透明通道的话）：
c.a = o.Alpha;
#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]
Surface Shader自己会自己主动生成所需的各个Pass。由上面的编译格式能够看出。surfaceFunction和lightModel是必须指定的，并且是可选部分。
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
因为Unity内置了一些光照函数——Lambert（diffuse）和Blinn-Phong（specular），因此这里在默认情况下会使用内置的Lambert模型。
当然我们也能够自己定义。
这里。我们仅仅关注可指定的函数。其它可去官网自行查看。除了上述的surfaceFuntion和lightModel，我们还能够自己定义两种函数：vertex:VertexFunction和finalcolor:ColorFunction。
也就是说，Surface Shader同意我们自己定义四种函数。
Unity会分析我们在四个自己定义函数中所使用的变量，比如纹理坐标等。
假设须要。它会在v2f_surf中生成相应的变量。
并且，即便有时我们在Input中定义了某些变量（如某些纹理坐标），但Unity在分析兴许代码时发现我们并没有使用这些变量，那么这些变量实际上是不会在v2f_surf中生成的。这也就是说。Unity做了一些优化动作。
这主要包含了pos、纹理坐标、normal（假设没有使用LightMap）、vlight（假设没有使用LightMap）、lmap（假设使用LightMap）等。
* 最后，通过内置的TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT指令将v2f_surf传递给以下的Fragment Shader。
* 进行其它的颜色叠加。假设没有启用LightMap，这里会使用SurfaceOutput.Albedo和v2f_surf.vlight的乘积和原颜色值进行叠加。否则会进行一些更复杂的颜色叠加。
* 最后，假设自定了final函数。则调用它进行最后额颜色改动。
Shader "Custom/BasicDiffuse" {
Properties {
_EmissiveColor ("Emissive Color", Color) = (1,1,1,1)
_AmbientColor ("Ambient Color", Color) = (1,1,1,1)
_MySliderValue ("This is a Slider", Range(0,10)) = 2.5
_RampTex ("Ramp Texture", 2D) = "white"{}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
CGPROGRAM
#pragma surface surf BasicDiffuse vertex:vert finalcolor:final noforwardadd
#pragma debug
float4 _EmissiveColor;
float4 _AmbientColor;
float _MySliderValue;
sampler2D _RampTex;
struct Input
{
float2 uv_RampTex;
float4 vertColor;
};
void vert(inout appdata_full v, out Input o)
{
o.vertColor = v.color;
}
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
{
float4 c;
c = pow((_EmissiveColor + _AmbientColor), _MySliderValue);
o.Albedo = c.rgb + tex2D(_RampTex, IN.uv_RampTex).rgb;
o.Alpha = c.a;
}
inline float4 LightingBasicDiffuse (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten)
{
float difLight = max(0, dot (s.Normal, lightDir));
float hLambert = difLight * 0.5 + 0.5;
float3 ramp = tex2D(_RampTex, float2(hLambert)).rgb;
float4 col;
col.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (ramp) * atten;
col.a = s.Alpha;
return col;
}
void final(Input IN, SurfaceOutput o, inout fixed4 color) {
color = color * 0.5 + 0.5;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}
Shader "Custom/BasicDiffuse_Gen" {
Properties {
_EmissiveColor ("Emissive Color", Color) = (1,1,1,1)
_AmbientColor ("Ambient Color", Color) = (1,1,1,1)
_MySliderValue ("This is a Slider", Range(0,10)) = 2.5
_RampTex ("Ramp Texture", 2D) = "white"{}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
// ------------------------------------------------------------
// Surface shader code generated out of a CGPROGRAM block:
// ---- forward rendering base pass:
Pass {
Name "FORWARD"
Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }
CGPROGRAM
// compile directives
#pragma vertex vert_surf
#pragma fragment frag_surf
#pragma multi_compile_fwdbase nodirlightmap
#include "HLSLSupport.cginc"
#include "UnityShaderVariables.cginc"
#define UNITY_PASS_FORWARDBASE
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc"
#define INTERNAL_DATA
#define WorldReflectionVector(data,normal) data.worldRefl
#define WorldNormalVector(data,normal) normal
// Original surface shader snippet:
#line 11 ""
#ifdef DUMMY_PREPROCESSOR_TO_WORK_AROUND_HLSL_COMPILER_LINE_HANDLING
#endif
//#pragma surface surf BasicDiffuse vertex:vert finalcolor:final noforwardadd
#pragma debug
float4 _EmissiveColor;
float4 _AmbientColor;
float _MySliderValue;
sampler2D _RampTex;
struct Input
{
float2 uv_RampTex;
float4 vertColor;
};
void vert(inout appdata_full v, out Input o)
{
o.vertColor = v.color;
}
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
{
float4 c;
c = pow((_EmissiveColor + _AmbientColor), _MySliderValue);
o.Albedo = c.rgb + tex2D(_RampTex, IN.uv_RampTex).rgb;
o.Alpha = c.a;
}
inline float4 LightingBasicDiffuse (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten)
{
float difLight = max(0, dot (s.Normal, lightDir));
float hLambert = difLight * 0.5 + 0.5;
float3 ramp = tex2D(_RampTex, float2(hLambert)).rgb;
float4 col;
col.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (ramp);
col.a = s.Alpha;
return col;
}
void final(Input IN, SurfaceOutput o, inout fixed4 color) {
color = color * 0.5 + 0.5;
}
// vertex-to-fragment interpolation data
#ifdef LIGHTMAP_OFF
struct v2f_surf {
float4 pos : SV_POSITION;
float2 pack0 : TEXCOORD0;
float4 cust_vertColor : TEXCOORD1;
fixed3 normal : TEXCOORD2;
fixed3 vlight : TEXCOORD3;
// LIGHTING_COORDS在AutoLight.cginc里定义
// 本质上就是一个#define指令
// e.g.
// #define LIGHTING_COORDS(idx1,idx2) float3 _LightCoord : TEXCOORD##idx1; SHADOW_COORDS(idx2)
// #define SHADOW_COORDS(idx1) float3 _ShadowCoord : TEXCOORD##idx1;
LIGHTING_COORDS(4,5)
};
#endif
#ifndef LIGHTMAP_OFF
struct v2f_surf {
float4 pos : SV_POSITION;
float2 pack0 : TEXCOORD0;
float4 cust_vertColor : TEXCOORD1;
float2 lmap : TEXCOORD2;
LIGHTING_COORDS(3,4)
};
#endif
#ifndef LIGHTMAP_OFF
float4 unity_LightmapST;
#endif
// 定义所需的纹理坐标
float4 _RampTex_ST;
// vertex shader
v2f_surf vert_surf (appdata_full v) {
v2f_surf o;
// 使用自己定义的vert函数填充Input结构
Input customInputData;
vert (v, customInputData);
// 再赋值给真正所需的v2f_surf结构
o.cust_vertColor = customInputData.vertColor;
o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
// 将顶点的纹理坐标转换到纹理相应坐标
o.pack0.xy = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _RampTex);
#ifndef LIGHTMAP_OFF
// 假设启用了LightMap。则计算相应的LightMap坐标
o.lmap.xy = v.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;
#endif
// 计算世界坐标系中法线的方向
// SCALED_NORMAL在UnityCG.cginc里定义
// 本质上就是一个#define指令
// #define SCALED_NORMAL (v.normal * unity_Scale.w)
float3 worldN = mul((float3x3)_Object2World, SCALED_NORMAL);
// 假设没有开启LightMap，
// 顶点法线方向就是worldN
#ifdef LIGHTMAP_OFF
o.normal = worldN;
#endif
// SH/ambient and vertex lights
#ifdef LIGHTMAP_OFF
// 假设没有开启LightMap，
// vertex lights就是球面调和函数的结果
// 球面调和函数ShadeSH9在UnityCG.cginc里定义
float3 shlight = ShadeSH9 (float4(worldN,1.0));
o.vlight = shlight;
// unity_4LightPosX0等变量在UnityShaderVariables.cginc里定义
#ifdef VERTEXLIGHT_ON
float3 worldPos = mul(_Object2World, v.vertex).xyz;
o.vlight += Shade4PointLights (
unity_4LightPosX0, unity_4LightPosY0, unity_4LightPosZ0,
unity_LightColor[0].rgb, unity_LightColor[1].rgb, unity_LightColor[2].rgb, unity_LightColor[3].rgb,
unity_4LightAtten0, worldPos, worldN );
#endif // VERTEXLIGHT_ON
#endif // LIGHTMAP_OFF
// pass lighting information to pixel shader
// TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT在AutoLight.cginc里定义，
// 本质上就是一个#define指令
// 用于转换v2f_surf中的_LightCoord和_ShadowCoord
TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o);
return o;
}
#ifndef LIGHTMAP_OFF
sampler2D unity_Lightmap;
#ifndef DIRLIGHTMAP_OFF
sampler2D unity_LightmapInd;
#endif
#endif
// fragment shader
fixed4 frag_surf (v2f_surf IN) : SV_Target {
// prepare and unpack data
#ifdef UNITY_COMPILER_HLSL
Input surfIN = (Input)0;
#else
Input surfIN;
#endif
// 使用v2f_surf中的变量给Input中的纹理坐标进行赋值
surfIN.uv_RampTex = IN.pack0.xy;
surfIN.vertColor = IN.cust_vertColor;
#ifdef UNITY_COMPILER_HLSL
SurfaceOutput o = (SurfaceOutput)0;
#else
SurfaceOutput o;
#endif
// 初始化SurfaceOutput结构
o.Albedo = 0.0;
o.Emission = 0.0;
o.Specular = 0.0;
o.Alpha = 0.0;
o.Gloss = 0.0;
#ifdef LIGHTMAP_OFF
o.Normal = IN.normal;
#endif
// call surface function
// 调用自己定义的surf函数填充SurfaceOutput结构
surf (surfIN, o);
// compute lighting & shadowing factor
// LIGHT_ATTENUATION在AutoLight.cginc里定义。
// 本质上就是一个#define指令
// 用于计算光衰减
fixed atten = LIGHT_ATTENUATION(IN);
fixed4 c = 0;
// realtime lighting: call lighting function
#ifdef LIGHTMAP_OFF
// 假设没有开启LightMap,
// 调用自己定义的LightXXX函数。
// 使用填充好的SurfaceOutput等变量作为參数。
// 得到初始的像素值
c = LightingBasicDiffuse (o, _WorldSpaceLightPos0.xyz, atten);
#endif // LIGHTMAP_OFF || DIRLIGHTMAP_OFF
#ifdef LIGHTMAP_OFF
// 假设没有开启LightMap,
// 向像素叠加vertex light的光照颜色
c.rgb += o.Albedo * IN.vlight;
#endif // LIGHTMAP_OFF
// lightmaps:
#ifndef LIGHTMAP_OFF
// 计算LightMap。这部分不懂
#ifndef DIRLIGHTMAP_OFF
// directional lightmaps
fixed4 lmtex = tex2D(unity_Lightmap, IN.lmap.xy);
fixed4 lmIndTex = tex2D(unity_LightmapInd, IN.lmap.xy);
half3 lm = LightingLambert_DirLightmap(o, lmtex, lmIndTex, 0).rgb;
#else // !DIRLIGHTMAP_OFF
// single lightmap
fixed4 lmtex = tex2D(unity_Lightmap, IN.lmap.xy);
fixed3 lm = DecodeLightmap (lmtex);
#endif // !DIRLIGHTMAP_OFF
// combine lightmaps with realtime shadows
#ifdef SHADOWS_SCREEN
#if (defined(SHADER_API_GLES) || defined(SHADER_API_GLES3)) && defined(SHADER_API_MOBILE)
c.rgb += o.Albedo * min(lm, atten*2);
#else
c.rgb += o.Albedo * max(min(lm,(atten*2)*lmtex.rgb), lm*atten);
#endif
#else // SHADOWS_SCREEN
c.rgb += o.Albedo * lm;
#endif // SHADOWS_SCREEN
// 给Alpha通道赋值
c.a = o.Alpha;
#endif // LIGHTMAP_OFF
// 调用自己定义的final函数，
// 对像素值进行最后的更改
final (surfIN, o, c);
return c;
}
ENDCG
}
// ---- end of surface shader generated code
#LINE 57
}
FallBack "Diffuse"
}
前面说过，它使用LightingXXX对颜色值进行初始化。但后面还进行了一系列颜色叠加计算。
当中，在没有使用LightMap的情况下。Unity还计算了vertex lights对颜色的影响，也就是以下这句话：
#ifdef LIGHTMAP_OFF // 假设没有开启LightMap, // 向像素叠加vertex light的光照颜色 c.rgb += o.Albedo * IN.vlight; #endif // LIGHTMAP_OFF
// 假设没有开启LightMap， // vertex lights就是球面调和函数的结果 // 球面调和函数ShadeSH9在UnityCG.cginc里定义 float3 shlight = ShadeSH9 (float4(worldN,1.0)); o.vlight = shlight;
// normal should be normalized, w=1.0
half3 ShadeSH9 (half4 normal)
{
half3 x1, x2, x3;
// Linear + constant polynomial terms
x1.r = dot(unity_SHAr,normal);
x1.g = dot(unity_SHAg,normal);
x1.b = dot(unity_SHAb,normal);
// 4 of the quadratic polynomials
half4 vB = normal.xyzz * normal.yzzx;
x2.r = dot(unity_SHBr,vB);
x2.g = dot(unity_SHBg,vB);
x2.b = dot(unity_SHBb,vB);
// Final quadratic polynomial
float vC = normal.x*normal.x - normal.y*normal.y;
x3 = unity_SHC.rgb * vC;
return x1 + x2 + x3;
} 。假设有人知道麻烦告诉我一下。不胜感激~可是，这些变量是和Unity使用了一个全局环境光（你能够在Edit->RenderSettings->Ambient Light中调整）有关。
假设把这个环境光也调成黑色。那么场景就真的全黑了。
假设你真的去看那些在UnityCG.cginc、AutoLight.cginc等文件中的关于指令的定义，能够发现Unity是依据定义的光照类型来处理不同的光照的。
这部分还没有搞明确，后面会继续探究一下的！
【Unity Shaders】初探Surface Shader背后的机制
标签：als har 法线 com input ifd 生成 资料 顶点
原文地址：http://www.cnblogs.com/jzdwajue/p/7226129.html
