Unity Shader學習筆記-1

時間 2020-05-07

標籤 unity shader 學習筆記简体版

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本篇文章是對Unity Shader入門精要的學習筆記，插圖大部分來自馮樂樂女神的githubgit

若是有什麼說的不正確的請批評指正github

渲染流水線

流水線機制，拆分小段，前面的工序不用等後面的工序，流水線機制在計算機世界中常用，好比：TCP緩存

流程圖

渲染管線函數

應用階段（開發者控制）、幾何階段（決定圖元）、光柵化階段（決定像素）性能

Shader做用

頂點着色器：實現頂點的空間變換，座標變換（模型空間轉換到齊次裁減空間）、逐頂點光照、計算頂點顏色學習

曲面細分着色器：細分圖元，圖元就是：點、線、面等渲染所需的幾何信息測試

幾何着色器：執行逐個圖元的着色操做，或者用於產生更多的圖元spa

片元着色器：逐片元的着色操做，修改顏色、深度緩衝、進行混合插件

屏幕映射

三角形遍歷

三角形設置：由定點信息計算出邊的信息3d

三角形遍歷：計算是否在三角形內，使用與三條邊叉乘的方法判斷在邊的左邊或者右邊，遍歷3條邊的方式按照順時針或者逆時針，對應點在

計算三角形內的數據：

計算顏色：插值計算

兩大渲染測試

決定是否丟棄片元

模板測試
- 一般用於限制渲染的區域
- 使用一個比較函數比較參考值和實際值
- 高級用法：渲染陰影、輪廓渲染
深度測試
- 與深度緩衝區的深度值進行比較大於時捨棄該片元
- 若是一個片元沒有經過深度測試那麼它就沒權力修改深度緩衝區
二者的區別：除功能外，模板狀態設置更新即便捨棄了該片元也會更新模板緩衝區的值
early-z的方法：提早進行深度測試，能夠幫助決定是否繪製片元，減小GPU開銷

混合

合併顏色，顏色緩衝區，此次獲得的結果和存儲的結果進行合併

CPU、GPU、圖形接口和驅動的關係

CPU和GPU之間的通訊

數據加載到顯存（顯卡的內存，圖像緩衝、深度緩衝）
設置渲染狀態
調用DrawCall

CPU和GPU並行工做的祕密：命令緩衝區

一個命令隊列，cpu給命令、gpu拿命令
drawcall就是一種命令，GPU的渲染速度很快，性能瓶頸主要是在CPU傳遞命令這方面
- 減小drawcall的方法有不少，其中Batching批處理是很經常使用的方法，思路就是把小的drawcall合併成大的drawcall，適用於靜態的物體

顯示流暢的方法

Double Buffering：避免咱們看到正在渲染的片元
- Front Buffer
  - 實際顯示的圖像
- Back Buffer
  - 在後面渲染的圖像
- 後置緩衝區渲染完成後交換兩緩衝區的值

着色器語言

用於編寫着色器的語言，主要是頂點着色器和片元着色器須要編寫

HLSL DirectX
- 微軟控制的着色器編譯，各硬件編譯的結果相同
CG NVIDIA
- 和HLSL很像，根據平臺的不一樣編譯成相應的中間語言
GLSL OpenGL
- 依賴硬件來編譯，用顯卡驅動來編譯，各驅動的編譯結果根據硬件變化
它們編譯成中間語言IL給顯卡驅動識別（這也是某種跨平臺的意思吧-。-）
ShaderLab unity的簡化語言，少了不少的配置流程，大部分流程是unity本身作

ShaderLab

Shader選用

摘取樂樂女神的指導

通常用CG/HLSL代碼寫： CG代碼和DX9的HLSL代碼幾乎同樣，要在CGPROGRAM中寫，CGPROGRAM要使用上面的Property的數據就要聲明和上面Property同樣名字同樣類型的變量，若是不想在多個Pass裏聲明，則能夠在Pass前的CGINCLUDE ... ENDCG之間聲明變量，這樣的Property是多Pass共用的

Properties{
		_Color("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
}
	
SubShader{
	Pass{
			...
			fixed4 _Color;
			...
	}
}

頂點片元着色器 Unlit Shader

結構

命個名和shader在面板中的目錄

Shader "Custom/MyShader"    //名字

Properties

屬性，會出如今材質面板中

Properties{
	Name("display name",PropertyType) = DefaultValue
	//.......
}

Name：屬性的名字

display name：顯示的名字

PropertyType：類型

ps：shader裏改過了Property在C#腳本里並不能得到更改後的信息，只能得到預設的信息，GPU像CPU傳數據使用Compute Shader

數據類型

2D、Cube、3D是三種紋理類型，默認值是一個字符串+{}，字符串是內置的紋理名稱

SubShader

unity掃描全部的SubShader塊找到可以在目標平臺上運行的SubShader，若是找不到就使用Fallback提供的Unity Shader

SubShader
{
	[Tags]//標籤
	[RenderSetup]//狀態
	
	Pass{
	}//完整的渲染流程
	//Other Pass
}

顯卡狀態，在Pass裏寫的，剔除、深度、混合

怎麼樣以及什麼時候渲染該對象，渲染隊列最重要

Pass

表示渲染流程，一個Pass表示經過管線一次，能夠寫頂點着色器和片元着色器

UsePass可使用其餘Unity Shader的Pass，以提高複用性（用法：指明路徑，而且Pass要有Name）

LightMode在有光照信息時讀取光源的信息使用，主要是肯定光源位置等

一個簡單的Shader

Shader "Unlit/Chapter5SimpleShader"
{
	SubShader
	{
		//選擇不聲明任何材質屬性

		Pass
		{
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag//編譯指令
			//哪一個函數包括了頂點着色器的代碼
			//哪一個函數包括了片元着色器的代碼
			#include "UnityCG.cginc"//調庫,你的unity目錄\Editor\Data\CGIncludes
			struct a2v {
				float4 vertex :POSITION;
				float3 normal:NORMAL;
				float4 texcoord:TEXCOORD0;
			};

			float4 vert(a2v v) :SV_POSITION{
				return UnityObjectToClipPos(v.vertex);
			}//接受頂點座標（POSITION）返回了頂點在裁剪座標的位置（SV_POSITION）
			float4 frag() : SV_Target{
				return fixed4(1.0,1.0,0.0,1.0);
			}//SV_Target告訴渲染器把用戶的輸出顏色存儲到一個渲染目標中，這裏是幀緩存
			ENDCG
		}
	}
}

POSITION、NORMAL、TEXTCOORD0等都稱爲語義semantic，在結構體裏的表示把提取到的信息當成一個什麼對待，輸出語義表示輸出的結果是做爲何對待

POSITION頂點位置，在模型空間，NORMAL頂點法向量，也是模型空間，TEXTCOORD0表示紋理座標，按理說紋理座標只要uv，2維就能夠了，可是有時好比天空盒的紋理須要用到3維的信息，一張紋理圖有時前兩維給一些信息，後兩維又給一張圖的uv信息

vert裏的輸出語義沒有也能夠，能夠選擇輸出結構體

struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float2  texcoord0 : TEXCOORD0;

			};
          ...
			v2f vert(a2v i)
			{
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(i.vertex);
				o.uv =  i.texcoord0;

				return o;
			}
			...

在frag裏的SV_Target表示屏幕上的像素（幀緩衝），還能夠輸出SV_Depth來覆蓋深度緩衝區，不過官方說吃性能