当前位置：首页 > news >正文

Unity Shader 的编程流程和结构

news 来源：原创 2025/8/3 22:29:35

Unity Shader 的编程流程和结构

Unity Shader 的编程主要由以下三个核心部分组成：Properties（属性）、SubShader（子着色器） 和 Fallback（回退）。下面是它们的具体作用和结构：

1. Properties（属性）

作用：
Properties 定义了着色器的可调参数，用户可以通过 Unity 的 Inspector 面板调整材质的外观，例如颜色、纹理或数值。
结构：
通常包括颜色（Color）、纹理（2D）、浮点数（Float）、向量（Vector）等类型的变量。

示例：

Properties
{_Color ("颜色", Color) = (1,1,1,1)           // 定义一个颜色属性，初始值为白色_MainTex ("主纹理", 2D) = "white" {}         // 定义一个主纹理，默认为白色纹理_BumpMap ("法线贴图", 2D) = "bump" {}        // 定义一个法线贴图，默认为 Unity 内置法线纹理
}

2. SubShader（子着色器）

作用：
SubShader 包含着色器的核心渲染逻辑，定义了渲染管线中的具体操作，通常通过一个或多个 Pass 来实现。
结构：
- Tags：用于指定渲染队列（如 “Opaque” 或 “Transparent”）、光照模式等。
  好的，我会用中文回答你的问题。由于你没有具体提出关于什么的问题，我假设你需要关于 Unity Shader Tags 的解释。以下是详细的回答：

Unity Shader Tags 详解

在 Unity 中，Shader 的 Tags 用于定义渲染行为和着色器在渲染管线中的处理方式。下面我将以一个常见示例为基础，详细解释一些典型的 Tags：

Tags {"Queue"="Transparent" "LightMode"="ForwardBase" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"}

1. `"Queue"="Transparent"`

作用：控制物体的渲染顺序。
解释：Unity 的渲染管线按照“渲染队列（Render Queue）”的顺序渲染物体。"Transparent" 表示这个物体属于透明队列，通常用于渲染玻璃、水、粒子等透明效果。透明物体会在不透明物体（如 "Geometry" 队列）之后渲染，并且会从后往前排序，以确保正确混合。
重要性：透明物体的渲染顺序对视觉效果至关重要，过早渲染可能导致混合错误。
示例：玻璃窗的 Shader 会使用这个 Tag，确保在墙壁之后渲染。

2. `"LightMode"="ForwardBase"`

作用：指定着色器 Pass 的光照模式。
解释：Unity 支持多种渲染路径，其中 Forward Rendering（前向渲染）是一种常见路径。"ForwardBase" 是前向渲染中的一个 Pass，负责处理主方向光源（如太阳光）和环境光，计算物体如何受这些光照影响。
重要性：这是前向渲染中处理基本光照的关键 Pass。
示例：大多数基础 Shader 使用 "ForwardBase" 来响应场景中的主光源。

3. `"IgnoreProjector"="True"`

作用：控制物体是否受 Projector（投影器）影响。
解释：Unity 的 Projector 组件可以将纹理投影到物体上（如阴影或光斑）。设置为 "True" 表示这个物体不受 Projector 影响，即不会被投影覆盖。
重要性：适合不想被额外投影影响的物体，例如透明 UI 元素。
示例：一个透明按钮可能使用这个 Tag，避免被场景中的投影干扰。

4. `"RenderType"="Transparent"`

作用：定义物体的渲染类型。
解释：这个 Tag 主要用于 Unity 的**着色器替换（Shader Replacement）**功能，帮助 Unity 识别物体的渲染特性。例如，在渲染阴影或深度图时，Unity 会根据 "RenderType" 选择合适的着色器。
重要性：确保 Unity 在特殊渲染（如阴影）中正确处理透明物体。
示例：所有透明物体的 Shader 通常会使用这个值。

Unity Shader Tags 总结

这些 Tags 共同定义了一个透明物体的渲染行为：

渲染顺序：在不透明物体之后渲染（"Queue"="Transparent"）。
光照模式：处理主光源和环境光（"LightMode"="ForwardBase"）。
投影器影响：不受 Projector 影响（"IgnoreProjector"="True"）。
渲染类型：标记为透明物体（"RenderType"="Transparent"）。

这种组合非常适合需要透明效果的 Shader，例如玻璃、粒子或水面。

常见 Unity Tags 及其作用

以下是 Unity Shader 中常用的 Tags，供你参考：

Tag	作用	常用值
`"Queue"`	控制渲染顺序	`"Background"`, `"Geometry"`, `"Transparent"`, `"Overlay"`
`"LightMode"`	指定光照模式	`"ForwardBase"`, `"ForwardAdd"`, `"ShadowCaster"`
`"RenderType"`	定义渲染类型，用于着色器替换	`"Opaque"`, `"Transparent"`, `"TransparentCutout"`
`"IgnoreProjector"`	是否忽略 Projector 的影响	`"True"`, `"False"`
`"ForceNoShadowCasting"`	强制不投射阴影	`"True"`, `"False"`

`"Queue"` 的常见值

"Background"（1000）：天空盒等背景物体。
"Geometry"（2000）：默认不透明物体。
"Transparent"（3000）：透明物体。
"Overlay"（4000）：UI 或特效。

`"LightMode"` 的常见值

"ForwardBase"：处理主光源和环境光。
"ForwardAdd"：处理额外的光源。
"ShadowCaster"：用于投射阴影。

总结

Unity Shader Tags 是控制渲染行为的核心工具。通过合理设置 Tags，你可以调整物体的渲染顺序、光照处理方式以及其他特性。希望这个回答能帮到你！如果有更具体的问题，请告诉我，我会进一步解答。

Pass：每个 Pass 定义一次渲染过程，包含顶点着色器和片段着色器。 Tags也可以写在Pass里面
CGPROGRAM：使用 HLSL 语言编写具体的着色器代码。

示例：

SubShader
{Tags { "RenderType"="Opaque" }               // 指定渲染类型为不透明Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert                      // 声明顶点着色器函数#pragma fragment frag                    // 声明片段着色器函数ENDCG}
}

3. Fallback（回退）

作用：
当硬件不支持当前 SubShader 时，Unity 会尝试使用 Fallback 指定的备用着色器，确保渲染不会失败。
结构：
通常指向一个简单内置着色器，如 “Diffuse” 或 “VertexLit”。

示例：

Fallback "Diffuse"                              // 当 SubShader 不可用时，回退到 Diffuse 着色器

Unity Shader 的编程思路

编写 Unity Shader 时，需要遵循以下清晰的思路，确保代码逻辑清晰且效果符合预期：

明确渲染目标
- 在开始编写之前，明确着色器要实现的效果，例如不透明物体、透明效果、光照表现还是特殊视觉效果（如水面、玻璃）。
选择渲染路径
- 根据项目需求选择适合的渲染路径：
  - 前向渲染（Forward Rendering）：适合实时光照较少的场景。
  - 延迟渲染（Deferred Rendering）：适合大量动态光源的场景。
定义 Properties
- 确定用户需要调整的参数，例如颜色、纹理、光泽度、透明度等，并为这些参数设置合理的默认值。
编写 SubShader
- 根据目标效果，编写顶点着色器（处理顶点数据）和片段着色器（计算像素颜色）。
- 使用 Tags 控制渲染顺序和光照模式，确保与 Unity 的渲染管线兼容。
优化性能
- 尽量减少 Pass 数量，合并渲染操作以提升效率。
- 使用合适的数据类型和精度（如 half 替代 float），减少计算开销。
调试与测试
- 使用 Unity 的 Frame Debugger 检查渲染过程，定位问题。
- 使用 Profiler 分析性能，确保着色器运行高效。

Unity Shader 中的渲染状态设置

在 Unity Shader 中，渲染状态（Render State）定义了渲染管线如何处理几何体、深度、颜色等信息。除了 ZWrite 和 ZTest，还有其他相关设置共同影响渲染行为。以下是详细的说明：

1. ZWrite（深度写入）

作用：决定是否将物体的深度值写入深度缓冲区（Depth Buffer）。
可选值：
- ZWrite On：开启深度写入（默认值），物体渲染后会更新深度缓冲区。
- ZWrite Off：关闭深度写入，物体不会影响深度缓冲区。
使用场景：
- 不透明物体：通常使用 ZWrite On，确保正确遮挡后面的物体。
- 透明物体：通常使用 ZWrite Off，避免阻挡后续物体的渲染，同时配合混合（Blend）实现透明效果。
注意：即使关闭 ZWrite，深度测试（ZTest）仍然会生效。

2. ZTest（深度测试）

作用：决定物体是否通过深度测试，从而判断是否渲染该像素。
可选值：
- ZTest Less：深度值小于深度缓冲区值时通过。
- ZTest Greater：深度值大于深度缓冲区值时通过。
- ZTest LEqual：深度值小于或等于时通过（默认值）。
- ZTest GEqual：深度值大于或等于时通过。
- ZTest Equal：深度值相等时通过。
- ZTest Always：始终通过深度测试。
- ZTest Never：始终不通过深度测试。
使用场景：
- 不透明物体：通常使用 ZTest LEqual，确保按深度顺序正确渲染。
- 透明物体：通常也用 ZTest LEqual，但配合 ZWrite Off 和 Blend。
- 特殊效果：如 ZTest Always 用于强制渲染（如 UI 或前景效果）。
注意：ZTest 的结果只影响像素是否渲染，不影响深度缓冲区的更新（由 ZWrite 控制）。

3. Blend（颜色混合）

作用：控制当前渲染的颜色（源颜色）与颜色缓冲区已有颜色（目标颜色）的混合方式。
可选值：
- Blend Off：关闭混合（默认值），直接覆盖颜色缓冲区。
- Blend SrcFactor DstFactor：指定源因子和目标因子的混合公式。
  - 常见示例：
    - Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha：标准透明混合。
    - Blend One One：加法混合。
使用场景：
- 透明物体：开启混合（如 Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha）实现透明效果。
- 不透明物体：通常关闭混合，直接覆盖背景。
注意：Blend 通常与 ZWrite Off 和 Queue="Transparent" 配合使用。

4. Cull（面剔除）

作用：决定剔除物体的哪个面（正面或背面），或不剔除。
可选值：
- Cull Back：剔除背面（默认值）。
- Cull Front：剔除正面。
- Cull Off：不剔除，渲染双面。
使用场景：
- 不透明物体：使用 Cull Back 提高性能，只渲染正面。
- 透明物体：常使用 Cull Off，确保双面可见。
注意：双面渲染会增加性能开销。

5. Offset（深度偏移）

作用：调整物体的深度值，避免深度冲突（Z-Fighting）。
语法：
- Offset Factor, Units：Factor 影响深度斜率，Units 提供固定偏移。
使用场景：
- 重叠平面：如贴花、道路标记，使用 Offset -1, -1 调整深度。
注意：Offset 不影响深度缓冲区内容，仅影响深度测试时的比较值。

6. ColorMask（颜色掩码）

作用：控制哪些颜色通道（R、G、B、A）写入颜色缓冲区。
可选值：
- ColorMask RGBA：写入所有通道（默认值）。
- ColorMask RGB：只写入 RGB 通道。
- ColorMask A：只写入 Alpha 通道。
- ColorMask 0：不写入任何通道。
使用场景：
- 特殊效果：如只写入 Alpha 通道用于后期处理。
- 优化：配合深度测试实现某些渲染技巧。

完整 Shader 示例

以下是一个结合多种渲染状态的 Unity Shader 示例，用于透明物体渲染：

Shader "Custom/FullRenderStateExample"
{Properties{_Color ("颜色", Color) = (1,1,1,1)_MainTex ("主纹理", 2D) = "white" {}}SubShader{Tags { "Queue"="Transparent" "RenderType"="Transparent" }ZWrite Off                     // 关闭深度写入ZTest LEqual                   // 深度测试：小于或等于时通过Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // 标准透明混合Cull Off                       // 渲染双面Offset -1, -1                  // 深度偏移ColorMask RGB                  // 只写入 RGB 通道Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"struct appdata{float4 vertex : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;};struct v2f{float2 uv : TEXCOORD0;float4 vertex : SV_POSITION;};sampler2D _MainTex;float4 _Color;v2f vert (appdata v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.uv = v.uv;return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Color;return col;}ENDCG}}
}

总结

Unity Shader 的渲染状态控制了渲染管线的行为，以下是关键设置的统一说明：

ZWrite：控制深度写入，决定是否更新深度缓冲区。
ZTest：控制深度测试，决定像素是否渲染。
Blend：控制颜色混合，常用于透明效果。
Cull：控制面剔除，优化性能或实现双面渲染。
Offset：调整深度值，解决深度冲突。
ColorMask：控制颜色通道写入，用于特殊需求。

编程过程中必须掌握的关键点

要编写出高效且功能完善的 Unity Shader，以下几个关键点是必须掌握的：

顶点着色器（Vertex Shader）
- 作用：处理顶点数据（如位置、法线、UV 坐标），并将顶点从模型空间转换到裁剪空间。
- 关键技能：掌握 Unity 提供的变换函数，如 UnityObjectToClipPos。
片段着色器（Fragment Shader）
- 作用：计算每个像素的颜色，负责纹理采样、光照计算和最终颜色输出。
- 关键技能：熟练编写像素级逻辑，处理光照和材质效果。
光照模型
- 基础模型：掌握 Lambert（漫反射）和 Blinn-Phong（高光反射）等常见光照模型。
- Unity 特性：理解 Unity 的光照系统，包括全局光照（GI）、实时光照和阴影。
纹理采样
- 方法：使用 tex2D 函数从纹理中采样颜色。
- 技巧：掌握 UV 坐标的偏移、缩放和动画，实现动态纹理效果。
渲染状态
- 控制项：设置深度测试（ZTest）、深度写入（ZWrite）、混合模式（Blend）、面剔除（Cull）等。
- 应用：根据需求调整透明度、双面渲染等效果。
内置变量和函数
- 内置变量：熟悉 Unity 提供的变量，如 _Time（时间）、_WorldSpaceLightPos0（主光源位置）。
- 辅助函数：使用 UnityCG.cginc 中的函数（如 UnityObjectToClipPos、dot），简化开发。

总结

Unity Shader 的编程需要掌握其基本结构（Properties、SubShader、Fallback），并遵循从明确目标到优化性能的清晰思路。在编程过程中，熟练掌握顶点和片段着色器、光照模型、纹理采样以及渲染状态是实现高效着色器的关键。通过不断实践和调试，你将能够编写出功能强大且性能优越的着色器，为 Unity 项目增添独特的视觉效果。

好的，我来为你完整解答 Unity Shader 中与 ZWrite、ZTest 相关的渲染状态设置，并统一说明所有常见的渲染状态，帮助你全面理解这些设置的作用和使用场景。