什么是ShaderShader是着色器，是一段能够针对3D对象进行操作、并被GPU所执行的程序。通过这些程序，程序员就能够获得绝大部分想要的3D图形效果。在一个3D场景中，一般包含多个Shader。这些Shader中有的负责对3D对象表面进行处理，有的负责对3D对象的纹理进行处理。早在微软发布DirectX 8时，Shader Model的概念就出现在其中了，并根据操作对象的不同被分为对顶点进行各种操作的Vertex Shader和对像素进行各种操作的Pixel Shader。2D图形，就是无论你如何移动视角，地面上的建筑物、花草树木样子都不会变，而3D图形则不 同，随着视角的变换，你看到的物体也在变化，从正面变成侧面，越远的物体越小，越近的越大，与现实生活中人眼看到的情景非常相似。shader就是专门用来渲染3D图形的一种技 术，通过shader，程序设计人员可以自己编写显卡渲染画面的算法，使画面更漂亮、更逼真。 几年前并没有shader这个东西，所以那时候的显卡，就不 支持shader，而只支持固定管线渲染，游戏画面也没有现在的酷。shader又分两种 ，一种是顶点shader（3D图形都是由一个一个三角形组 成的，顶点shader就是计算顶点位置，并为后期像素渲染做准备的），另一种是像素shader，像素shader顾名思义，就是以像素为单位，计算光 照、颜色的一系列算法。几个不同的图形API有各自的shader语言：在DirectX中，顶点shader叫做 vertex shader ，像素shader叫做 pixel shader；在OpenGL中，顶点shader也叫做 vertex shader ，但像素shader叫做 fragment shader。此外显卡芯片厂商nVidia还推出CG显卡编程语言，也支持 shader。shader 有很多不同的版本：所以，即使你的显卡支持shader，但可能版本不够高，所以无法支持比较新的游戏使用的 shader。一般来说，大部分游 戏都支持不同版本的shader，为的是让尽可能多的机器都能运行，为此需要做很多额外的工作。除了显卡不够新之外，不同显卡厂商对shader的支持也不尽相同，所以同一个游戏，一样的 设置，在n卡和ATI的卡上，表现可能大不一样。另外，安装官方最新的驱动程序也是必要的。如果你安装了错误的驱动程序，甚至是随便从网上下载一个显卡驱动，那么即使你的显卡支持 shader，也可能跑不了需要shader支持的程序，包括但不限于网络游戏！ Shader基础知识渲染流水线RenderPipeline可编程Shader在整个渲染流水线中，主要进行编程的部分为几何阶段的顶点着色器（VertexShader），【约定缩写：Vert】对模型的顶点进行操作光栅化阶段的片元着色器（Fragment Shader）【约定缩写：Frag】进行纹理采样DX中也称为（Pixel Shader）像素着色器而其他的Shader功能通常不能直接修改，一般做成开关的形式，根据需要开启或关闭渲染完成后，各个通道的渲染结果存入帧缓存，此时还可以进行后期处理（PP）着色器分工几何阶段（Vertex）顶点着色器：VertexShader基本功能：将顶点从模型空间转换为齐次空间（齐次剪裁坐标），再由硬件转换为归一化设备坐标系（Normalized Device Coordinates，NDC 左手系）自定义编程功能：做顶点动画、置换、移动旋转缩放等操作曲面细分着色器：Tesselation Shader基本功能：曲面细分几何着色器（置换）：Geometry Shader（Displacement）基本功能：曲面细分后的顶点着色器剪裁：Clipping基本功能：将看不到的物体和物体看不到的部分做剪裁剪裁类型：2、远近平面剪裁：离摄像机过远或过近的物体做剪裁（低消耗）3、视野剪裁：将视野范围外的物体做剪裁（相对中消耗）4、遮挡剪裁：被遮挡的物体进行剪裁（相对高消耗）屏幕映射：ScreenMapping基本功能：将每个图元转换到屏幕坐标系(ScreenCoordinates)(注：屏幕坐标系只有xy，如果带上z轴则称为窗口坐标系（WindowsCoordinates）)OpenGlDirectX光栅化阶段（Fragment）三角形设置、遍历（Triangle Setup、Traversal）基本功能：通过插值计算，算出每个面（片元）覆盖的像素，和每个像素的深度输出包含各种信息的片元序列（每个片元包含 顶点信息、法线信息、纹理坐标、屏幕坐标、深度信息等等）片元着色器（像素着色器）：Fragment Shader（Pixel Shader）基本功能：对每一个单独的片元，填充纹理采样颜色等结果，渲染灯光，法线，深度等信息（但注意：此时每个片元都是独立的，包括每个片元各种信息都是独立的，结果没有合并）自定义编程功能：最重要的着色器，我们会在这里写光照函数等计算纹理效果的算法逐片元操作（合并输出）：Per-Fragment Operations（OutputMerger）基本功能：任务1：决定片元的可见性（通过模板测试、深度测试来决定）任务2：混合片元（将相同类型的片元通过混合Blend的方式合成成各个通到）任务3：将结果合并 并输出到颜色缓冲区（各种通道保存到Buffer）模板测试：Stencil Test（模板缓冲 Stencil Buffer）读取片元中的掩码值并和参考值做比较，如果小于则舍弃（掩码值和窗口值可以由开发人员用函数指定）作用：限制渲染区域、渲染阴影、轮廓渲染等深度测试：Depth Test（深度缓冲 Depth Buffer）测试物体离摄像机的距离，过远过近剔除，作用：与半透明物体的渲染有关混合：Blend将片元合并到一个单独的通道，并输出到颜色缓冲Color buffer帧缓存：Frame buffer最后的结果都会保存到一个叫帧缓冲的地方（即渲染完成后的各个通道）常见问题剪裁问题由于在CPU阶段会对视野范围外的物体做剔除，此时如果使用顶点着色器（VertexShader）将物体平移到视野范围内，由于已经被CPU剔除了所以也不会被渲染出来剪裁顺序CPU剔除1、摄像机剔除：将视野范围外的物体做剔除（直接把整个物体删除）GPU剪裁2、远近平面剪裁：离摄像机过远或过近的物体做剪裁（低消耗）3、视野(视锥)剪裁：将视野范围外的物体做剪裁（相对中消耗）4、遮挡剪裁：被遮挡的物体进行剪裁（相对高消耗）解决方案：将摄像机剔除的范围扩大一点（太远的物体也是无效的）置换问题如果使用顶点着色器进行置换，即使进行了曲面细分，只能运行出没细分之前的效果。在Shader编程过程中，需要遵守渲染流水线的运行顺序，曲面细分着色器是在顶点着色器之后进行的，解决办法：置换必须在曲面细分之后进行前向渲染与延迟渲染 ForwardRending & Deferred Rending（Unity中的渲染方式有好几种设置模式，之后再具体探究）前向渲染：特点：直接将场景内的物体全部都渲染出来优点：能够渲染半透明、玻璃等材质缺点：对性能消耗异常的搭延迟渲染：特点：先将物体剔除后，将视野中仅看得到的物体渲染出来优点：消耗小缺点：半透明物体，透明物体无法正常渲染补救办法：渲染排序Shader语言：HLSL、GLSL、CGHLSL 【High-Level Shading Language】依赖系统的语言特点：由编译器翻译成对应GPU支持的机器语言驱动：DirectX平台：Windows、Xbox360等缺点：被微软控制的着色器，编译器几乎只支持微软平台优点：编译结果都一样GLSL 【OpenGL Shading Language】依赖硬件的语言特点：在GPU内进行编译，翻译成自己所支持的机器语言驱动：OpenGL平台：NVIDA、AMD-ATI缺点：由于不同厂商对GLSL编译方式不同导致结果不同，且需要显卡支持优点：显卡支持就行，跨平台性好CG 【C for Graphic】跨平台语言特点：由硬件商Nvida开发的语言优点：跨平台缺点：无法保持最新的OpenGL特性CG/HLSL由于这两种语言非常相似，几乎可以进行无缝迁移，为了保证兼容性 Unity通常使用CG/HLSL进行编程在Unity中选择Shader语言Unity通过标记来确定用户使用的是那种Shader语言标记是写在SubShader中，用来确定使用的Shader语言，一般Unity默认Cg/HLSH⚠️注意：在vertex shader处理结束后，都是按照左手系计算的（ndc空间）⚠️注意：DX与Opgl的Y轴相反，法线贴图的G通道也相反⚠️注意：Unity中可以选择不同的Shader语言，但需要在不同的标签内Cg：[Unity默认]驱动：视平台而定坐标系：左手坐标系屏幕坐标系：//Cg/Hlsh【DirectX】 Shader "Unity/Hibari" { SubShader { pass { CGPROGRAM //标签开始 ENDCG //标签结束 } }}GLSL：驱动：OpenGL坐标系：右手坐标系屏幕坐标系：//GLSL【OpenGL】 Shader "Unity/Hibari" { SubShader { pass { GLSLPRORAM //OpenGL标签开始 ENDGLSL //OpenGL标签结束 } }}HLSH：驱动：DirectX坐标系：左手坐标系屏幕坐标系：//Hlsh【DirectX】 Shader "Unity/Hibari" { SubShader { pass { HLSHPROGRAM //DX标签开始 ENDHLSH //DX标签结束 } } } FALSE