Unity Shader 的編程流程和結構

Unity Shader 的編程主要由以下三個核心部分組成：Properties（屬性）、SubShader（子著色器） 和 Fallback（回退）。下面是它們的具體作用和結構：

1. Properties（屬性）

作用：
Properties 定義了著色器的可調參數，用戶可以通過 Unity 的 Inspector 面板調整材質的外觀，例如顏色、紋理或數值。
結構：
通常包括顏色（Color）、紋理（2D）、浮點數（Float）、向量（Vector）等類型的變量。

示例：

Properties
{_Color ("顏色", Color) = (1,1,1,1)           // 定義一個顏色屬性，初始值為白色_MainTex ("主紋理", 2D) = "white" {}         // 定義一個主紋理，默認為白色紋理_BumpMap ("法線貼圖", 2D) = "bump" {}        // 定義一個法線貼圖，默認為 Unity 內置法線紋理
}

2. SubShader（子著色器）

作用：
SubShader 包含著色器的核心渲染邏輯，定義了渲染管線中的具體操作，通常通過一個或多個 Pass 來實現。
結構：
- Tags：用于指定渲染隊列（如 “Opaque” 或 “Transparent”）、光照模式等。
  好的，我會用中文回答你的問題。由于你沒有具體提出關于什么的問題，我假設你需要關于 Unity Shader Tags 的解釋。以下是詳細的回答：

Unity Shader Tags 詳解

在 Unity 中，Shader 的 Tags 用于定義渲染行為和著色器在渲染管線中的處理方式。下面我將以一個常見示例為基礎，詳細解釋一些典型的 Tags：

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

1. `"Queue"="Transparent"`

作用：控制物體的渲染順序。
解釋：Unity 的渲染管線按照“渲染隊列（Render Queue）”的順序渲染物體。"Transparent" 表示這個物體屬于透明隊列，通常用于渲染玻璃、水、粒子等透明效果。透明物體會在不透明物體（如 "Geometry" 隊列）之后渲染，并且會從后往前排序，以確保正確混合。
重要性：透明物體的渲染順序對視覺效果至關重要，過早渲染可能導致混合錯誤。
示例：玻璃窗的 Shader 會使用這個 Tag，確保在墻壁之后渲染。

2. `"LightMode"="ForwardBase"`

作用：指定著色器 Pass 的光照模式。
解釋：Unity 支持多種渲染路徑，其中 Forward Rendering（前向渲染）是一種常見路徑。"ForwardBase" 是前向渲染中的一個 Pass，負責處理主方向光源（如太陽光）和環境光，計算物體如何受這些光照影響。
重要性：這是前向渲染中處理基本光照的關鍵 Pass。
示例：大多數基礎 Shader 使用 "ForwardBase" 來響應場景中的主光源。

3. `"IgnoreProjector"="True"`

作用：控制物體是否受 Projector（投影器）影響。
解釋：Unity 的 Projector 組件可以將紋理投影到物體上（如陰影或光斑）。設置為 "True" 表示這個物體不受 Projector 影響，即不會被投影覆蓋。
重要性：適合不想被額外投影影響的物體，例如透明 UI 元素。
示例：一個透明按鈕可能使用這個 Tag，避免被場景中的投影干擾。

4. `"RenderType"="Transparent"`

作用：定義物體的渲染類型。
解釋：這個 Tag 主要用于 Unity 的**著色器替換（Shader Replacement）**功能，幫助 Unity 識別物體的渲染特性。例如，在渲染陰影或深度圖時，Unity 會根據 "RenderType" 選擇合適的著色器。
重要性：確保 Unity 在特殊渲染（如陰影）中正確處理透明物體。
示例：所有透明物體的 Shader 通常會使用這個值。

Unity Shader Tags 總結

這些 Tags 共同定義了一個透明物體的渲染行為：

渲染順序：在不透明物體之后渲染（"Queue"="Transparent"）。
光照模式：處理主光源和環境光（"LightMode"="ForwardBase"）。
投影器影響：不受 Projector 影響（"IgnoreProjector"="True"）。
渲染類型：標記為透明物體（"RenderType"="Transparent"）。

這種組合非常適合需要透明效果的 Shader，例如玻璃、粒子或水面。

常見 Unity Tags 及其作用

以下是 Unity Shader 中常用的 Tags，供你參考：

Tag	作用	常用值
`"Queue"`	控制渲染順序	`"Background"`, `"Geometry"`, `"Transparent"`, `"Overlay"`
`"LightMode"`	指定光照模式	`"ForwardBase"`, `"ForwardAdd"`, `"ShadowCaster"`
`"RenderType"`	定義渲染類型，用于著色器替換	`"Opaque"`, `"Transparent"`, `"TransparentCutout"`
`"IgnoreProjector"`	是否忽略 Projector 的影響	`"True"`, `"False"`
`"ForceNoShadowCasting"`	強制不投射陰影	`"True"`, `"False"`

`"Queue"` 的常見值

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

`"LightMode"` 的常見值

"ForwardBase"：處理主光源和環境光。
"ForwardAdd"：處理額外的光源。
"ShadowCaster"：用于投射陰影。

總結

Unity Shader Tags 是控制渲染行為的核心工具。通過合理設置 Tags，你可以調整物體的渲染順序、光照處理方式以及其他特性。希望這個回答能幫到你！如果有更具體的問題，請告訴我，我會進一步解答。

Pass：每個 Pass 定義一次渲染過程，包含頂點著色器和片段著色器。 Tags也可以寫在Pass里面
CGPROGRAM：使用 HLSL 語言編寫具體的著色器代碼。

示例：

SubShader
{Tags { "RenderType"="Opaque" }               // 指定渲染類型為不透明Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert                      // 聲明頂點著色器函數#pragma fragment frag                    // 聲明片段著色器函數ENDCG}
}

3. Fallback（回退）

作用：
當硬件不支持當前 SubShader 時，Unity 會嘗試使用 Fallback 指定的備用著色器，確保渲染不會失敗。
結構：
通常指向一個簡單內置著色器，如 “Diffuse” 或 “VertexLit”。

示例：

Fallback "Diffuse"                              // 當 SubShader 不可用時，回退到 Diffuse 著色器

Unity Shader 的編程思路

編寫 Unity Shader 時，需要遵循以下清晰的思路，確保代碼邏輯清晰且效果符合預期：

明確渲染目標
- 在開始編寫之前，明確著色器要實現的效果，例如不透明物體、透明效果、光照表現還是特殊視覺效果（如水面、玻璃）。
選擇渲染路徑
- 根據項目需求選擇適合的渲染路徑：
  - 前向渲染（Forward Rendering）：適合實時光照較少的場景。
  - 延遲渲染（Deferred Rendering）：適合大量動態光源的場景。
定義 Properties
- 確定用戶需要調整的參數，例如顏色、紋理、光澤度、透明度等，并為這些參數設置合理的默認值。
編寫 SubShader
- 根據目標效果，編寫頂點著色器（處理頂點數據）和片段著色器（計算像素顏色）。
- 使用 Tags 控制渲染順序和光照模式，確保與 Unity 的渲染管線兼容。
優化性能
- 盡量減少 Pass 數量，合并渲染操作以提升效率。
- 使用合適的數據類型和精度（如 half 替代 float），減少計算開銷。
調試與測試
- 使用 Unity 的 Frame Debugger 檢查渲染過程，定位問題。
- 使用 Profiler 分析性能，確保著色器運行高效。

Unity Shader 中的渲染狀態設置

在 Unity Shader 中，渲染狀態（Render State）定義了渲染管線如何處理幾何體、深度、顏色等信息。除了 ZWrite 和 ZTest，還有其他相關設置共同影響渲染行為。以下是詳細的說明：

1. ZWrite（深度寫入）

作用：決定是否將物體的深度值寫入深度緩沖區（Depth Buffer）。
可選值：
- ZWrite On：開啟深度寫入（默認值），物體渲染后會更新深度緩沖區。
- ZWrite Off：關閉深度寫入，物體不會影響深度緩沖區。
使用場景：
- 不透明物體：通常使用 ZWrite On，確保正確遮擋后面的物體。
- 透明物體：通常使用 ZWrite Off，避免阻擋后續物體的渲染，同時配合混合（Blend）實現透明效果。
注意：即使關閉 ZWrite，深度測試（ZTest）仍然會生效。

2. ZTest（深度測試）

作用：決定物體是否通過深度測試，從而判斷是否渲染該像素。
可選值：
- ZTest Less：深度值小于深度緩沖區值時通過。
- ZTest Greater：深度值大于深度緩沖區值時通過。
- ZTest LEqual：深度值小于或等于時通過（默認值）。
- ZTest GEqual：深度值大于或等于時通過。
- ZTest Equal：深度值相等時通過。
- ZTest Always：始終通過深度測試。
- ZTest Never：始終不通過深度測試。
使用場景：
- 不透明物體：通常使用 ZTest LEqual，確保按深度順序正確渲染。
- 透明物體：通常也用 ZTest LEqual，但配合 ZWrite Off 和 Blend。
- 特殊效果：如 ZTest Always 用于強制渲染（如 UI 或前景效果）。
注意：ZTest 的結果只影響像素是否渲染，不影響深度緩沖區的更新（由 ZWrite 控制）。

3. Blend（顏色混合）

作用：控制當前渲染的顏色（源顏色）與顏色緩沖區已有顏色（目標顏色）的混合方式。
可選值：
- Blend Off：關閉混合（默認值），直接覆蓋顏色緩沖區。
- Blend SrcFactor DstFactor：指定源因子和目標因子的混合公式。
  - 常見示例：
    - Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha：標準透明混合。
    - Blend One One：加法混合。
使用場景：
- 透明物體：開啟混合（如 Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha）實現透明效果。
- 不透明物體：通常關閉混合，直接覆蓋背景。
注意：Blend 通常與 ZWrite Off 和 Queue="Transparent" 配合使用。

4. Cull（面剔除）

作用：決定剔除物體的哪個面（正面或背面），或不剔除。
可選值：
- Cull Back：剔除背面（默認值）。
- Cull Front：剔除正面。
- Cull Off：不剔除，渲染雙面。
使用場景：
- 不透明物體：使用 Cull Back 提高性能，只渲染正面。
- 透明物體：常使用 Cull Off，確保雙面可見。
注意：雙面渲染會增加性能開銷。

5. Offset（深度偏移）

作用：調整物體的深度值，避免深度沖突（Z-Fighting）。
語法：
- Offset Factor, Units：Factor 影響深度斜率，Units 提供固定偏移。
使用場景：
- 重疊平面：如貼花、道路標記，使用 Offset -1, -1 調整深度。
注意：Offset 不影響深度緩沖區內容，僅影響深度測試時的比較值。

6. ColorMask（顏色掩碼）

作用：控制哪些顏色通道（R、G、B、A）寫入顏色緩沖區。
可選值：
- ColorMask RGBA：寫入所有通道（默認值）。
- ColorMask RGB：只寫入 RGB 通道。
- ColorMask A：只寫入 Alpha 通道。
- ColorMask 0：不寫入任何通道。
使用場景：
- 特殊效果：如只寫入 Alpha 通道用于后期處理。
- 優化：配合深度測試實現某些渲染技巧。

完整 Shader 示例

以下是一個結合多種渲染狀態的 Unity Shader 示例，用于透明物體渲染：

Shader "Custom/FullRenderStateExample"
{Properties{_Color ("顏色", Color) = (1,1,1,1)_MainTex ("主紋理", 2D) = "white" {}}SubShader{Tags { "Queue"="Transparent" "RenderType"="Transparent" }ZWrite Off                     // 關閉深度寫入ZTest LEqual                   // 深度測試：小于或等于時通過Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // 標準透明混合Cull Off                       // 渲染雙面Offset -1, -1                  // 深度偏移ColorMask RGB                  // 只寫入 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}}
}

總結

Unity Shader 的渲染狀態控制了渲染管線的行為，以下是關鍵設置的統一說明：

ZWrite：控制深度寫入，決定是否更新深度緩沖區。
ZTest：控制深度測試，決定像素是否渲染。
Blend：控制顏色混合，常用于透明效果。
Cull：控制面剔除，優化性能或實現雙面渲染。
Offset：調整深度值，解決深度沖突。
ColorMask：控制顏色通道寫入，用于特殊需求。

編程過程中必須掌握的關鍵點

要編寫出高效且功能完善的 Unity Shader，以下幾個關鍵點是必須掌握的：

頂點著色器（Vertex Shader）
- 作用：處理頂點數據（如位置、法線、UV 坐標），并將頂點從模型空間轉換到裁剪空間。
- 關鍵技能：掌握 Unity 提供的變換函數，如 UnityObjectToClipPos。
片段著色器（Fragment Shader）
- 作用：計算每個像素的顏色，負責紋理采樣、光照計算和最終顏色輸出。
- 關鍵技能：熟練編寫像素級邏輯，處理光照和材質效果。
光照模型
- 基礎模型：掌握 Lambert（漫反射）和 Blinn-Phong（高光反射）等常見光照模型。
- Unity 特性：理解 Unity 的光照系統，包括全局光照（GI）、實時光照和陰影。
紋理采樣
- 方法：使用 tex2D 函數從紋理中采樣顏色。
- 技巧：掌握 UV 坐標的偏移、縮放和動畫，實現動態紋理效果。
渲染狀態
- 控制項：設置深度測試（ZTest）、深度寫入（ZWrite）、混合模式（Blend）、面剔除（Cull）等。
- 應用：根據需求調整透明度、雙面渲染等效果。
內置變量和函數
- 內置變量：熟悉 Unity 提供的變量，如 _Time（時間）、_WorldSpaceLightPos0（主光源位置）。
- 輔助函數：使用 UnityCG.cginc 中的函數（如 UnityObjectToClipPos、dot），簡化開發。

總結

Unity Shader 的編程需要掌握其基本結構（Properties、SubShader、Fallback），并遵循從明確目標到優化性能的清晰思路。在編程過程中，熟練掌握頂點和片段著色器、光照模型、紋理采樣以及渲染狀態是實現高效著色器的關鍵。通過不斷實踐和調試，你將能夠編寫出功能強大且性能優越的著色器，為 Unity 項目增添獨特的視覺效果。

好的，我來為你完整解答 Unity Shader 中與 ZWrite、ZTest 相關的渲染狀態設置，并統一說明所有常見的渲染狀態，幫助你全面理解這些設置的作用和使用場景。