表面著色器

除了幾乎從頭開始編寫著色器之外，unity還允許我們定義一些引數，並讓unity生成執行複雜光照計算的**。這些著色器稱為「表面著色器」。

之前的basic shader轉換到表面著色器

使用表面著色器時，我們不必做其他的事情，因為unity會為我們生成它們。為了轉換為你表面著色器，可以完全刪除頂點著色器。可以刪除頂點和片段函式的編譯指示定義。可以刪除輸入以及將片段片段化的頂點。可以刪除進行紋理縮放的maintex_st變數，也可以刪除unitycg包含檔案的包含。然後我們刪除pass的起點和終點，unity將為我們生成pass。最終，我們清空的著色器應如下所示：

shader "unityshader/su***ce shader basics"
} subshader 
cgprogram
sampler2d _maintex;
fixed4 _color;
fixed4 frag (v2f i)
: sv_target 
endcg
} fallback "standard"
}

我們已經破壞了之前的著色器，現在可以新增一些內容使其用作表面著色器。

首先，我們新增乙個新結構並將其命名為input，它將包含設定表面顏色所需的所有資訊。對於此簡單的著色器，只是uv座標。像上乙個著色器一樣，座標的資料型別將是二維浮點數。這裡的命名很重要，將其命名為uv_maintex，這樣，它將已經具有maintex紋理的平鋪和偏移。如果紋理的名稱不同，則必須使用uvtexturename獲取適合該紋理的座標。

struct input 
;

接下來，將片段功能更改為表面功能。為使更改顯而易見，我們將其重新命名為surf。然後，我們將返回型別替換為void，因此該函式不會返回任何內容。然後，我們將其擴充套件為2個引數。首先，我們剛定義的輸入結構的乙個例項，因此我們可以訪問基於每個頂點定義的資訊。其次，稱為su***ceoutputstandard的結構，顧名思義，我們將使用它來將資訊返回到著色器的生成部分。為了使「返回」正常工作，我們必須在其前面編寫inout關鍵字。第二個結構是單位將用於照明計算的所有資料。光照計算是基於物理的（我將在本文後面解釋引數）。接著，我們將從方法中刪除sv_target屬性，因為像其他方法一樣，它是由unity其他地方完成的。為了使su***ce方法起作用，我們最後要做的更改是刪除return語句（這就是我們將return型別更改為void的原因）。相反，我們將輸出結構的反照率部分設定為我們的顏色值。

void
surf
(input i,inout su***ceoutputstandard o)

漫反射：漫反射是材料的底色。它將被照亮它的燈光的光照顏色所著色，並且在陰影中暗淡，這正是我們所期望的。反射光的顏色不會影響鏡面照明，因此您可以使黑色材料仍然具有明顯的光澤。它儲存為3維顏色向量。

法線：這是材質的法線。法線位於「切線空間」中，這意味著在將它們返回之後，它們將被更改為相對於世界的法線。在切線空間中具有法線意味著如果我們將（0,1,0）寫入該變數，則法線實際上不會指向上，而是遠離表面（這是將法線編碼為法線貼圖的方式，因此我們可以直接從法線貼圖複製資訊到此變數）

。法線儲存為3維方向向量。

自發光：可以使您的材料發光。如果僅編寫此內容，則著色器將看起來像我們之前製作的未著色著色器，但消耗更高。自發光顏色不受光的影響，因此可以使斑點始終保持明亮。如果使用hdr顏色進行渲染（可以在相機設定中進行設定），則可以將值大於1的值寫入發射通道（當您使用bloom後期處理效果時，可以使事物看起來真的很明亮，並使事物綻放更多）。發射顏色也儲存為3d顏色向量。

金屬光澤：當材料不是金屬時，它們看起來是不同的。要使材料看起來像金屬，可以調高該值。它將使物件以不同的方式進行反射，反照率值將對反射進行著色，而不是您使用非金屬獲得的漫反射照明。金屬值儲存為標量（一維）值，其中0表示非金屬材料，1表示完全金屬的材料。

平滑：使用此值，我們可以指定材料的平滑度。平滑度為0的材料看起來粗糙，光將被全方位反射，我們看不到鏡面高光或環境反射。具有1的平滑度的材料看起來超級拋光。「正確設定環境後，您會看到它反映在您的材料上。它也是如此拋光，以至於您也看不到鏡面高光，因為鏡面高光變得越來越小。將平滑度設定為小於1的值時，您開始看到周圍燈光的鏡面反射高光。隨著降低平滑度，高光會變大，而強度會降低。平滑度也儲存為標量值。

遮罩：遮罩會從您的材料中去除光線。有了它，您可以偽造燈光而不會進入模型的裂縫，但是您幾乎不會使用它，除非您要使用超現實主義風格。遮擋也儲存為標量值，但與直覺相反，1表示畫素具有全亮度，0表示畫素在黑暗中。

透明： alpha是透明材質。我們當前的材質是「不透明」的，這意味著不能有任何透明畫素，並且alpha值也不會做任何事情。製作透明著色器時，alpha將定義我們可以在該畫素處看到多少材料，其中1完全可見，而0完全透明。 alpha也儲存為標量值。

實現上面的照明屬性

現在可以增加上面提到的屬性到之前的shader中，我將會用到自發光以及金屬質感還有平滑這幾個值。首先我增加兩個標量值smoothness和metalness，確定他們的型別為half，新增到我們的全域性範圍。

half _smoothness;
half _metallic;

然後，我們還將這些值新增到屬性中，以便能夠在編輯器中對其進行更改。屬性不知道half型別，因此我們告訴他們變數是float型別。這足以使變數顯示在檢查器中，但我們尚未使用它們。類似於將顏色變數分配給材質的漫反射的方式，現在我們可以將平滑屬性分配給輸出結構的平滑度，將金屬度分配給金屬輸出變數。

void
surf
(input i,inout su***ceoutputstandard o)

這種方法很好用，但是很容易為這些值分配大於1或小於0的值，並得到非常錯誤的結果，而且很難知道該值有多高。為了解決這個問題，我們可以將值分配為範圍屬性，而不是浮點屬性。範圍屬性使我們可以定義最小值和最大值，並且在unity將顯示乙個滑塊。

properties 
_smoothness (
"smoothness"
,range(0
,1))
=0_metallic (
"metalness"
,range(0
,1))
=0}

接下來，我們新增自發光。首先作為hlsl**中的變數，然後作為屬性。我們使用color屬性型別，就像我們對色調所做的一樣。我們將half3作為型別儲存，因為它是不帶alpha的rgb顏色，並且其值可以大於1（輸出結構也使用half3）。然後，我們也像其他操作一樣在shader輸出中分配值。

half3 _emission;
_emission
("emission"
,color)=(
0,0,
0,1)
o.emission = _emission;

使用hdr標籤可以將亮度設定為更高的值

[hdr]
_emission
("emission"
,color)=(
0,0,
0,1)

改進

最後，我要向您展示兩個小東西，它們使您的著色器看起來更好一些。首先，您可以在子著色器下新增乙個後備著色器。這允許統一使用其他著色器的功能，而我們不必自己實現它們。為此，我們將標準著色器設定為後備，統一將借鑑它的「陰影通道」，使我們的材質在其他物件上投射陰影。接下來，我們可以擴充套件我們的編譯指示。我們將fullforwardshadows引數新增到著色器指令中，這樣我們可以獲得更好的陰影。另外，我們新增了將構建目標設定為3.0的指令，這意味著unity將使用更高的精度值，這會導致更漂亮的照明。

shader "unityshader/su***ce shader basics"
_smoothness
("smoothness"
,range(0
,1))
=0_metallic
("metalness"
,range(0
,1))
=0[hdr]
_emission
("emission"
,color)=(
0,0,
0,1)
} subshader 
cgprogram
#pragma su***ce surf standard fullforwardshadows
#pragma target 3.0
sampler2d _maintex;
fixed4 _color;
half _smoothness;
half _metallic;
half3 _emission;
struct input
;void
surf
(input i,inout su***ceoutputstandard o)
endcg
} fallback "standard"
}

表面著色器

表面著色器

表面著色器一

表面著色器二

表面著色器

表面著色器

表面著色器一

表面著色器二

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