Unity中的Shader编写和应用

# 1. 理解Shader

Shader是一种用于描述物体表面外观的程序，它定义了一个三维模型表面如何与光线相互作用以产生最终的渲染效果。在游戏开发中，Shader起着至关重要的作用，它可以控制物体的颜色、光照、材质等属性，直接影响着游戏画面的表现效果。

## 1.1 什么是Shader

在计算机图形学中，Shader是一种能够控制图形硬件如何处理图形数据的程序，它可以被用于实现各种各样的渲染效果，从简单的颜色填充到复杂的光照、阴影效果都可以通过Shader来实现。

## 1.2 Shader在Unity中的作用

在Unity中，Shader被用于控制3D模型、粒子特效、UI界面等在场景中的表现，通过编写Shader，可以实现各种视觉效果，从而增强游戏的视觉表现力和真实感。

## 1.3 Shader编写的基本原理

Shader编写的基本原理是通过编写一系列的shader代码来描述物体的外观特征，然后通过GPU的渲染管线将这些代码翻译为最终的像素颜色。Shader的编写涉及顶点着色器、片元着色器等内容，通过这些着色器的组合，可以实现出各种华丽的渲染效果。

# 2. Shader编写基础

在Unity中，Shader是一种用于描述3D物体表面外观的程序。通过编写Shader，可以控制物体的颜色、贴图、光照效果等，从而实现各种视觉效果。接下来我们将学习Shader编写的基础知识。

### 2.1 Shader编写工具及环境搭建

首先，为了编写Shader代码，我们需要在Unity中使用专门的Shader编写工具。Unity提供了内置的Shader编辑器，也可以使用第三方工具如Shader Forge等。在开始之前，确保你的Unity版本支持Shader编写功能，并已配置好相应的开发环境。

### 2.2 Shader编写语言简介

Shader在Unity中通常使用ShaderLab语言进行编写，ShaderLab是一种专门用于编写Shader的语言，具有易读易懂的特点。除了ShaderLab语法外，还会涉及到HLSL（High Level Shader Language）或CG（C for Graphics）语言的使用，用于编写具体的Shader功能代码。

### 2.3 Shader的基本语法和结构

Shader代码通常由一系列的指令和函数组成，每个Shader都包括了至少一个顶点着色器和一个片元着色器。顶点着色器用于处理物体表面的顶点信息，片元着色器则处理像素级别的渲染。在Shader中，还会涉及到一些常见的变量和指令，如顶点坐标、法线向量、光照计算等。在编写Shader时，需要合理的组织代码结构，确保各个部分之间能够正确地交互和运行。

以上是 Shader编写基础 部分的内容，下一章节将介绍 Shader编写进阶 的内容。

# 3. Shader编写进阶

在本章中，我们将深入探讨Shader编写的进阶内容，包括材质和纹理在Shader中的应用、光照和阴影效果的实现，以及透明和半透明效果的实现。通过学习本章内容，您将能够更加深入地理解Shader编写的高级技术和应用场景。

#### 3.1 材质和纹理在Shader中的应用

在Shader编写中，材质和纹理是不可或缺的重要部分。材质定义了物体对光线的反射和吸收属性，而纹理则负责表现物体表面的图案和细节。在Unity中，我们可以通过Shader来控制材质和纹理的显示方式和效果。

下面是一个简单的Shader代码示例，演示了如何在Shader中对材质和纹理进行基本的处理：

Shader "Custom/TextureShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color("Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
    }
    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Geometry" }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert

        sampler2D _MainTex;
        fixed4 _Color;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

在上述代码中，我们声明了_MainTex和_Color两个属性，分别用于接收纹理和颜色数据。在CGPROGRAM块中，通过tex2D函数获取纹理_MainTex的颜色，并与颜色属性_Color相乘，然后将结果赋给表面的漫反射颜色o.Albedo和透明度o.Alpha。通过这样的方式，我们可以控制Shader对纹理和颜色的处理，实现丰富多样的渲染效果。

#### 3.2 光照和阴影效果的实现

光照和阴影效果是Shader编写中的重要课题，通过对光照和阴影的处理，可以使场景和模型表现出更加生动和逼真的效果。在Unity的Shader编写中，通过对光照模型和阴影算法的控制，可以实现不同类型的光照效果，如平行光、点光源、聚光灯等，以及实时阴影和静态阴影的渲染。

以下是一个简单的Shader代码示例，演示了在Shader中实现基本的光照和阴影效果：

Shader "Custom/LightingShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color("Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _Shininess("Shininess", Range(0.01, 1)) = 0.078125
    }
    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Geometry" }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert

        sampler2D _MainTex;
        fixed4 _Color;
        half _Shininess;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
            o.Gloss = _Shininess;
        }
        ENDCG