unity3d - 如何在 Unity 中将表面着色器转换为顶点/片段代码？

Question

我想知道如何将这个表面着色器代码转换为顶点/片段编译指示:

Shader "Custom/Diamond Opaque Test" {
    Properties {
        _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
        _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5,0.5,0.5,1)
        _Shininess ("Shininess", Range (0.01, 1)) = 0.078125
        _RimPower ("Rim Power", Range(0,8.0)) = 3.0
        _ReflectColor ("Reflection Color", Color) = (1,1,1,0.5)
        [NoScaleOffset] _Cube ("Cubemap", CUBE) = "" {}
    }

    SubShader {

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf BlinnPhong

        struct Input {
            float3 worldRefl;
            float3 viewDir;
        };

        samplerCUBE _Cube;
        fixed4 _Color;
        fixed4 _ReflectColor;
        half _Shininess;
        half _RimPower;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            o.Albedo = _Color.rgb;
            o.Gloss = _Color.a;
            o.Specular = _Shininess;
            half rim = saturate(dot (normalize(IN.viewDir), o.Normal));
            o.Emission = texCUBE (_Cube, IN.worldRefl).rgb * _ReflectColor.rgb * pow(rim,_RimPower);;
        }
        ENDCG
    } 
    FallBack "Mobile/Diffuse"
}

上面的着色器代码就是下图左边的红色 gem :

我的目标是看起来与右边的 gem 相似。一路上我遇到了一些挑战。左边的 gem 是不透明的，可以接受阴影。右边的 gem 具有正面透明度，但背面没有。然而，这不接受阴影。我必须在 let BlinnPhong 上制作 gem ，这样它才能转换和接收阴影。

是否可以为正面和背面透明度创建不同的控件？还有透明物体接受阴影的方法吗？我想为 gem 添加轮廓，以便可以在更远的地方看到它。有没有办法在同一个通行证中添加轮廓，还是必须有自己的单独通行证？另外，如何使接收到的阴影变暗？所有这些要求都会对 GPU 造成极大的负担吗？该游戏适用于移动平台。

我是 CG 编程的初学者。我的第一步是弄清楚将曲面编程转换为顶点/片段。任何例子将不胜感激。

我确实在 Assets 商店购买了一些 gem Assets ，但其中一些可以转换阴影但无法接收或根本无法转换或接收。是什么赋予了？右侧的 gem 着色器来自从 Assets 商店购买的 Assets 之一。未经他们的许可，我不想在此站点上共享他们的着色器脚本。

Answer 1

这实际上是一个相当复杂的过程，但我建议您先从他们的网站下载统一着色器源代码。大多数实际着色是在 UnityStandardBRDF.cginc、UnityPBSLighting.cginc 和 UnityStandardCore.cginc 中完成的。如果你用谷歌搜索它们，你也可以在 github 上找到这些文件。

基本上，前向添加着色器的基本结构如下所示:

Shader "MyForwardAddShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex("Some texture", 2D) = "white"{}
    }

    SubShader
    {
        Tags {"RenderType"="Geometry" "Queue" = "Geometry"}

        Pass 
        {
            // Forward Base pass - this applies main directional light and ambient
            Name "FORWARD"
            Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }

            CGPROGRAM
            #pragma target 3.5

            #pragma multi_compile_fwdbase
            #pragma multi_compile_fog
            #pragma multi_compile_instancing

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            // I Like to keep these in separate include files
            #include "MyForwardBase.cginc"

            ENDCG
        }

        Pass
        {
            // Forward Add pass - this is added once per extra light source

            Name "FORWARD_DELTA"
            Tags { "LightMode" = "ForwardAdd" }
            Blend SrcAlpha One
            Fog { Color (0,0,0,0) } // in additive pass fog should be black
            ZWrite Off
            ZTest LEqual

            CGPROGRAM
            #pragma target 3.5

            #pragma multi_compile_fwdadd_fullshadows
            #pragma multi_compile_fog

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "MyForwardAdd.cginc"

            ENDCG
        }
    }
}

请注意，您还需要一个 shadowcaster pass 才能转换阴影(您可以只复制标准着色器源代码中使用的 pass)，如果您想使用烘焙光照，还需要一个 Meta pass。

像“MyForwardBase.cginc”这样的文件应该包括顶点输入和输出结构的定义，以及 channel 的顶点和片段函数。使用此设置，您还需要在那里定义制服(属性变量)。光计算可能需要的一些变量:

// Calculate this in the vertex shader and normalize per fragment
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
float3 viewDir = _WorldSpaceCameraPos.xyz - o.worldPos;

// In the ForwardBase pass, _WorldSPaceLightPos0.xyz stores the direction of the main directional light, instead of position. 
// Use this in the vertex function:
half3 mainLightColor = _LightColor0.rgb;
half3 mainLightDir = _WorldSpaceLightPos0.xyz;

对于 ForwardBase channel ，您需要包含“AutoLight.cginc”并在顶点函数中使用此宏:

COMPUTE_LIGHT_COORDS(o);

这又要求您在 VertexOutput 结构中包含此宏:

UNITY_LIGHTING_COORDS(6,7) // 6, 7 can be any texture interpolator IDs, they will translate to TEXCOORD6 and TEXCOORD7 in this case

ForwardAdd 光衰减是这样工作的:

UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos.xyz); // Here, worldPos is stored in the vertex output struct and calculated per vertex
half3 lightColor = _LightColor0.rgb * atten;

还有一些宏可以用来判断像素是否在阴影中，您可以在 AutoLight.cginc 中找到它们。在 ForwardAdd 过程中，光的方向是按顶点计算的:

o.lightDir      = _WorldSpaceLightPos0.xyz - o.worldPos.xyz * _WorldSpaceLightPos0.w;

就个人而言，我喜欢为每个功能创建小型 CGIncludes，例如反射、折射、三平面贴图等，并在需要时将它们包含在内。我还倾向于在其自己的包含文件中保留一个名为“Lighting”的单独函数，因为照明计算在各个 channel 之间共享。此函数将所有变量(如 lightDir、viewDir、反照率、粗糙度等)作为参数并返回片段的阴影颜色。

正如我所说，这是一个相当复杂的过程，而这只是入门。实现照明功能是一个独立的故事，尽管查看 UnityStandardBRDF.cginc 可以帮助解决这个问题。我建议您从用于调试的基本 blinn-phong 模型开始，并以此为基础进行改进。