【Unity】Shader学习笔记-Shader代码

发表于 更新于

结构

结合图形编辑器认识代码，下面是使用ASE制作的一个很简单的两个纹理相乘的Shader

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
Shader "New Amplify Shader"
{
	Properties
	{
		_TextureSample0("Texture Sample 0", 2D) = "white" {}	// 定义两个纹理
		_TextureSample1("Texture Sample 1", 2D) = "white" {}
	}
	
	SubShader		// 是Shader的核心，定义了渲染对象的方式
	{
		Tags { "RenderType"="Opaque" }		// 表示这个 Shader 用于渲染不透明对象
	LOD 100									// 表示细节层级，较低的值意味着较低的复杂度

        CGINCLUDE					// 在 CGINCLUDE 和 ENDCG 之间，定义了一些全局指令，用于控制着色器的目标平台
        #pragma target 3.0			// 表示支持的着色器模型
        ENDCG						// 结束定义全局指令
        Blend Off					// 关闭透明混合
        AlphaToMask Off				// 不使用 alpha 到掩码转换
        Cull Back					// 开启背面剔除，只渲染物体正面
        ColorMask RGBA				// 允许写入颜色的所有通道（红、绿、蓝、alpha）
        ZWrite On					// 开启深度写入，表示物体会写入深度缓冲区
        ZTest LEqual				// 使用深度测试，表示只渲染深度值小于或等于当前深度缓冲值的片段
        Offset 0 , 0				// 没有深度偏移
		
		Pass					// 每个 SubShader 可以有一个或多个渲染通道（Pass），表示渲染时应用不同的处理。
		{
			Name "Unlit"		// 这里使用了一个名字为 "Unlit" 的通道。

			CGPROGRAM
                
			#pragma vertex vert					// 指定顶点着色器函数是vert
			#pragma fragment frag				// 指定片段（像素）着色器函数是frag
			#pragma multi_compile_instancing	// 启用GPU实例化支持，用于优化同一对象的大量渲染
			#include "UnityCG.cginc"			// 包含 Unity 常用的 Cg 函数库，提供了常见的数学、纹理和其他实用函数
			
			struct appdata							// 代表顶点输入数据
			{
				float4 vertex : POSITION;			// 顶点的空间坐标
				float4 color : COLOR;				// 顶点颜色
				float4 ase_texcoord : TEXCOORD0;	// 第一个纹理坐标
				float4 ase_texcoord1 : TEXCOORD1;	// 第二个纹理
				UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID		// 用于GPU实例化支持
			};
			
			struct v2f								// 用于在顶点着色器和片段着色器之间传递数据
			{
				float4 vertex : SV_POSITION;			// 存储顶点的屏幕空间坐标
				#ifdef ASE_NEEDS_FRAG_WORLD_POSITION
				float3 worldPos : TEXCOORD0;
				#endif
				float4 ase_texcoord1 : TEXCOORD1;		// 存储纹理坐标，TEXCOORD1表示这是该顶点对应的第二组纹理坐标
				UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID			// 支持实例化渲染
				UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO				// 支持VR渲染
			};

			uniform sampler2D _TextureSample0;
			uniform sampler2D _TextureSample1;

			v2f vert ( appdata v )
			{
				v2f o;
				// 这些宏是 Unity 提供的，用于支持实例化和虚拟现实渲染。
				UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
				UNITY_INITIALIZE_VERTEX_OUTPUT_STEREO(o);
				UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o);

                o.ase_texcoord1.xy = v.ase_texcoord.xy;		// 将输入的第一组纹理坐标赋值给输出
                o.ase_texcoord1.zw = v.ase_texcoord1.xy;	// 将第二组纹理坐标赋给输出
                float3 vertexValue = float3(0, 0, 0);
                vertexValue = vertexValue;
                v.vertex.xyz += vertexValue;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);	// 将顶点转换为屏幕坐标系，以便在片段着色器中进行渲染。
                return o;
			}
			
			fixed4 frag (v2f i ) : SV_Target
			{
				UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(i);
				UNITY_SETUP_STEREO_EYE_INDEX_POST_VERTEX(i);
    			// 从ase_texcoord1的前两项（xy）获取纹理坐标
				fixed4 finalColor;
    			// 从ase_texcoord1的前两项（xy）获取纹理坐标
				float2 texCoord1 = i.ase_texcoord1.xy * float2( 1,1 ) + float2( 0,0 );
    			// // 从ase_texcoord1的后两项（zw）获取纹理坐标
				float2 texCoord3 = i.ase_texcoord1.zw * float2( 1,1 ) + float2( 0,0 );
				
    			// 取出颜色值后，将两个纹理的颜色相乘，生成最终的颜色
				finalColor = ( tex2D( _TextureSample0, texCoord1 ) * tex2D( _TextureSample1, texCoord3 ) );
				return finalColor;
			}
			ENDCG
		}
	}
	CustomEditor "ASEMaterialInspector"
	
	Fallback Off
}

Properties

1
2
3
4
5
Properties
{
    _TextureSample0("Texture Sample 0", 2D) = "white" {}	// 定义两个纹理
    _TextureSample1("Texture Sample 1", 2D) = "white" {}
}

定义了两个 2D 纹理，可以在Inspector上修改参数

SubShader

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
SubShader
{
    Tags { "RenderType"="Opaque" }		// 表示这个 Shader 用于渲染不透明对象
    LOD 100								// 表示细节层级，较低的值意味着较低的复杂度
    ...
    Pass
    {
        Name "Unlit"
        CGPROGRAM
        ...
        ENDCG
    }
}

每个 SubShader 可以有一个或多个渲染通道（Pass），表示渲染时应用不同的处理。这里使用了一个名字为 “Unlit” 的通道。

CGINCLUDE 和 渲染状态设置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
CGINCLUDE					// 在 CGINCLUDE 和 ENDCG 之间，定义了一些全局指令，用于控制着色器的目标平台
#pragma target 3.0			// 表示支持的着色器模型
ENDCG						// 结束定义全局指令
Blend Off					// 关闭透明混合
AlphaToMask Off				// 不使用 alpha 到掩码转换
Cull Back					// 开启背面剔除，只渲染物体正面
ColorMask RGBA				// 允许写入颜色的所有通道（红、绿、蓝、alpha）
ZWrite On					// 开启深度写入，表示物体会写入深度缓冲区
ZTest LEqual				// 使用深度测试，表示只渲染深度值小于或等于当前深度缓冲值的片段
Offset 0 , 0				// 没有深度偏移

Vertex 和 Fragment的定义

1
2
3
4
#pragma vertex vert					// 指定顶点着色器函数是vert
#pragma fragment frag				// 指定片段（像素）着色器函数是frag
#pragma multi_compile_instancing	// 启用GPU实例化支持，用于优化同一对象的大量渲染
#include "UnityCG.cginc"			// 包含 Unity 常用的 Cg 函数库，提供了常见的数学、纹理和其他实用函数

顶点着色器 (Vertex Shader)

1
2
3
4
5
6
7
8
struct appdata							// 代表顶点输入数据
{
    float4 vertex : POSITION;			// 顶点的空间坐标
    float4 color : COLOR;				// 顶点颜色
    float4 ase_texcoord : TEXCOORD0;	// 第一个纹理坐标
	float4 ase_texcoord1 : TEXCOORD1;	// 第二个纹理
	UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID		// 用于GPU实例化支持
};

appdata 结构体代表顶点输入数据，它包含：

  • vertex: 顶点的空间坐标。
  • color: 顶点颜色。
  • ase_texcoord / ase_texcoord1: 两个纹理坐标。
  • UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID: 用于 GPU 实例化支持。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
v2f vert (appdata v)
{
    v2f o;
    
    // 这些宏是 Unity 提供的，用于支持实例化和虚拟现实渲染。
    UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
    UNITY_INITIALIZE_VERTEX_OUTPUT_STEREO(o);
    UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o);

    o.ase_texcoord1.xy = v.ase_texcoord.xy;		// 将输入的第一组纹理坐标赋值给输出
    o.ase_texcoord1.zw = v.ase_texcoord1.xy;	// 将第二组纹理坐标赋给输出
    float3 vertexValue = float3(0, 0, 0);
    vertexValue = vertexValue;
    v.vertex.xyz += vertexValue;
    o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);	// 将顶点转换为屏幕坐标系，以便在片段着色器中进行渲染。
    return o;
}

片段着色器 (Fragment Shader)

1
2
3
4
5
6
7
struct v2f								// 用于在顶点着色器和片段着色器之间传递数据
{
    float4 vertex : SV_POSITION;			// 存储顶点的屏幕空间坐标
    float4 ase_texcoord1 : TEXCOORD1;		// 存储纹理坐标，TEXCOORD1表示这是该顶点对应的第二组纹理坐标
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID			// 支持实例化渲染
    UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO				// 支持VR渲染
};
  • SV_POSITION ：表示该值是顶点的最终位置，经过模型-视图-投影矩阵变换后，在屏幕坐标系中的位置。
  • TEXCOORD1 ：表示这是该顶点对应的第二组纹理坐标。
  • UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID：支持实例化渲染，如果你在场景中绘制多个相同的对象（实例化渲染），这个宏会确保每个实例都有唯一的标识符，使得每个对象在渲染时可以被区分开。
  • UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO：用于支持虚拟现实（VR）渲染，它确保在 VR 渲染中，输出适应双眼视图（左右眼分别渲染），从而生成立体图像。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
fixed4 frag (v2f i ) : SV_Target
{
    fixed4 finalColor;
    // 从ase_texcoord1的前两项（xy）获取纹理坐标
    float2 texCoord1 = i.ase_texcoord1.xy * float2( 1,1 ) + float2( 0,0 );
    // // 从ase_texcoord1的后两项（zw）获取纹理坐标
    float2 texCoord3 = i.ase_texcoord1.zw * float2( 1,1 ) + float2( 0,0 );

    // 取出颜色值后，将两个纹理的颜色相乘，生成最终的颜色
    finalColor = ( tex2D( _TextureSample0, texCoord1 ) * tex2D( _TextureSample1, texCoord3 ) );
    return finalColor;
}

  • texCoord1 和 texCoord3：分别使用 ase_texcoord1 的前两项（xy）和后两项（zw）来获取两个纹理的纹理坐标。

  • tex2D(_TextureSample0, texCoord1)：根据纹理坐标 texCoord1 从纹理 _TextureSample0 中取出颜色值。

  • tex2D(_TextureSample1, texCoord3)：根据纹理坐标 texCoord3 从纹理 _TextureSample1 中取出颜色值。

  • finalColor = tex2D( _TextureSample0, texCoord1 ) * tex2D( _TextureSample1, texCoord3 )：将两个纹理的颜色值相乘，生成最终的颜色。

  • 最终返回 finalColor，作为当前像素的颜色值。

源码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
// Made with Amplify Shader Editor v1.9.6.3
// Available at the Unity Asset Store - http://u3d.as/y3X 
Shader "New Amplify Shader"
{
	Properties
	{
		_TextureSample0("Texture Sample 0", 2D) = "white" {}
		_TextureSample1("Texture Sample 1", 2D) = "white" {}

	}
	
	SubShader
	{
		
		
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
	LOD 100

		CGINCLUDE
		#pragma target 3.0
		ENDCG
		Blend Off
		AlphaToMask Off
		Cull Back
		ColorMask RGBA
		ZWrite On
		ZTest LEqual
		Offset 0 , 0
		
		
		
		Pass
		{
			Name "Unlit"

			CGPROGRAM

			

			#ifndef UNITY_SETUP_STEREO_EYE_INDEX_POST_VERTEX
			//only defining to not throw compilation error over Unity 5.5
			#define UNITY_SETUP_STEREO_EYE_INDEX_POST_VERTEX(input)
			#endif
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#pragma multi_compile_instancing
			#include "UnityCG.cginc"
			

			struct appdata
			{
				float4 vertex : POSITION;
				float4 color : COLOR;
				float4 ase_texcoord : TEXCOORD0;
				float4 ase_texcoord1 : TEXCOORD1;
				UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
			};
			
			struct v2f
			{
				float4 vertex : SV_POSITION;
				#ifdef ASE_NEEDS_FRAG_WORLD_POSITION
				float3 worldPos : TEXCOORD0;
				#endif
				float4 ase_texcoord1 : TEXCOORD1;
				UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
				UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO
			};

			uniform sampler2D _TextureSample0;
			uniform sampler2D _TextureSample1;

			
			v2f vert ( appdata v )
			{
				v2f o;
				UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
				UNITY_INITIALIZE_VERTEX_OUTPUT_STEREO(o);
				UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o);

				o.ase_texcoord1.xy = v.ase_texcoord.xy;
				o.ase_texcoord1.zw = v.ase_texcoord1.xy;
				float3 vertexValue = float3(0, 0, 0);
				#if ASE_ABSOLUTE_VERTEX_POS
				vertexValue = v.vertex.xyz;
				#endif
				vertexValue = vertexValue;
				#if ASE_ABSOLUTE_VERTEX_POS
				v.vertex.xyz = vertexValue;
				#else
				v.vertex.xyz += vertexValue;
				#endif
				o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);

				#ifdef ASE_NEEDS_FRAG_WORLD_POSITION
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				#endif
				return o;
			}
			
			fixed4 frag (v2f i ) : SV_Target
			{
				UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(i);
				UNITY_SETUP_STEREO_EYE_INDEX_POST_VERTEX(i);
				fixed4 finalColor;
				#ifdef ASE_NEEDS_FRAG_WORLD_POSITION
				float3 WorldPosition = i.worldPos;
				#endif
				float2 texCoord1 = i.ase_texcoord1.xy * float2( 1,1 ) + float2( 0,0 );
				float2 texCoord3 = i.ase_texcoord1.zw * float2( 1,1 ) + float2( 0,0 );
				
				
				finalColor = ( tex2D( _TextureSample0, texCoord1 ) * tex2D( _TextureSample1, texCoord3 ) );
				return finalColor;
			}
			ENDCG
		}
	}
	CustomEditor "ASEMaterialInspector"
	
	Fallback Off
}
/*ASEBEGIN
Version=19603
Node;AmplifyShaderEditor.TextureCoordinatesNode;1;-816,-32;Inherit;False;0;-1;2;3;2;SAMPLER2D;;False;0;FLOAT2;1,1;False;1;FLOAT2;0,0;False;5;FLOAT2;0;FLOAT;1;FLOAT;2;FLOAT;3;FLOAT;4
Node;AmplifyShaderEditor.TextureCoordinatesNode;3;-800,208;Inherit;False;1;-1;2;3;2;SAMPLER2D;;False;0;FLOAT2;1,1;False;1;FLOAT2;0,0;False;5;FLOAT2;0;FLOAT;1;FLOAT;2;FLOAT;3;FLOAT;4
Node;AmplifyShaderEditor.SamplerNode;2;-528,-48;Inherit;True;Property;_TextureSample0;Texture Sample 0;0;0;Create;True;0;0;0;False;0;False;-1;None;None;True;0;False;white;Auto;False;Object;-1;Auto;Texture2D;8;0;SAMPLER2D;;False;1;FLOAT2;0,0;False;2;FLOAT;0;False;3;FLOAT2;0,0;False;4;FLOAT2;0,0;False;5;FLOAT;1;False;6;FLOAT;0;False;7;SAMPLERSTATE;;False;6;COLOR;0;FLOAT;1;FLOAT;2;FLOAT;3;FLOAT;4;FLOAT3;5
Node;AmplifyShaderEditor.SamplerNode;4;-528,176;Inherit;True;Property;_TextureSample1;Texture Sample 1;1;0;Create;True;0;0;0;False;0;False;-1;None;None;True;0;False;white;Auto;False;Object;-1;Auto;Texture2D;8;0;SAMPLER2D;;False;1;FLOAT2;0,0;False;2;FLOAT;0;False;3;FLOAT2;0,0;False;4;FLOAT2;0,0;False;5;FLOAT;1;False;6;FLOAT;0;False;7;SAMPLERSTATE;;False;6;COLOR;0;FLOAT;1;FLOAT;2;FLOAT;3;FLOAT;4;FLOAT3;5
Node;AmplifyShaderEditor.SimpleMultiplyOpNode;5;-192,64;Inherit;False;2;2;0;COLOR;0,0,0,0;False;1;COLOR;0,0,0,0;False;1;COLOR;0
Node;AmplifyShaderEditor.TemplateMultiPassMasterNode;0;0,0;Float;False;True;-1;2;ASEMaterialInspector;100;5;New Amplify Shader;0770190933193b94aaa3065e307002fa;True;Unlit;0;0;Unlit;2;False;True;0;1;False;;0;False;;0;1;False;;0;False;;True;0;False;;0;False;;False;False;False;False;False;False;False;False;False;True;0;False;;False;True;0;False;;False;True;True;True;True;True;0;False;;False;False;False;False;False;False;False;True;False;0;False;;255;False;;255;False;;0;False;;0;False;;0;False;;0;False;;0;False;;0;False;;0;False;;0;False;;False;True;1;False;;True;3;False;;True;True;0;False;;0;False;;True;1;RenderType=Opaque=RenderType;True;2;False;0;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;False;0;;0;0;Standard;1;Vertex Position,InvertActionOnDeselection;1;0;0;1;True;False;;False;0
WireConnection;2;1;1;0
WireConnection;4;1;3;0
WireConnection;5;0;2;0
WireConnection;5;1;4;0
WireConnection;0;0;5;0
ASEEND*/
//CHKSM=8216CF2D2690911483A0CC9FD37960BE3735D58B