Question

编写与光照交互的着色器是十分复杂的事情。有不同的光照类型、不同的阴影选项和不同的渲染路径（正向和延时渲染），着色器应以某种方法处理此种程度的复杂性。

Unity 的表面着色器 (Surface Shader) 是一种代码生成方法，用它来编写光照着色器比用低级的顶点/像素着色器程序容易得多。请注意，表面着色器 (Surface Shader) 中不包含自定义语言、魔法或忍者；它只会生成本应手写的所有重复代码。您仍要用 Cg/HLSL 语言来编写着色器代码。

相关的一些示例，请参阅表面着色器示例 和 表面着色器自定义光照示例。

工作原理

定义一个“表面函数”，此函数将您需要的任意 UV 或数据作为输入信息并填入输出结构 SurfaceOutput。SurfaceOutput 大体上描述了表面的属性（它的反射率颜色、法线、发射量、高光等）。您要用 Cg/HLSL 语言来编写此代码。

然后，表面着色器 (Surface Shader) 编译器会计算出需要什么输入信息以及填入了什么输出信息等，并生成实际的顶点和像素着色器以及渲染通道 (rendering pass) 来处理正向和延时渲染。

标准的表面着色器输出结构如下：

struct SurfaceOutput {
    half3 Albedo;
    half3 Normal;
    half3 Emission;
    half Specular;
    half Gloss;
    half Alpha;
};

样例

请参阅表面着色器示例、表面着色器自定义光照示例和表面着色器密铺页面。

表面着色器编译指令

表面着色器与其他任何着色器一样放置于 CGPROGRAM..ENDCG 块中。区别是：

• 必须将其放置于子着色器块中，而不能放在通道中。表面着色器自身会编译为多个通道。
• 它使用 #pragma surface ...指令来表明它是个表面着色器。

#pragma surface 指令是：

    #pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]

所需参数：

• surfaceFunction - 表明哪个 Cg 函数有表面着色器代码。该函数格式应为 void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)，其中“Input”是您定义的结构。Input 结构应包含表面函数所需的任何纹理坐标和额外自动变量。
• lightModel - 要使用的光照模型。内置的光照模型是 Lambert（漫反射）和 BlinnPhong（高光）。有关如何编写自己的光照模型，请参阅自定义光照模型页面。

Optional parameters:

• alpha - Alpha 混合模式。将该参数用于半透明着色器。
• alphatest:VariableName - Alpha 测试模式。将该参数用于透明镂空着色器。镂空值在有变量名 (VariableName) 的浮点型变量中。
• vertex:VertexFunction - 自定义顶点修改函数。具体示例可见树皮着色器 (Tree Bark Shader)。
• finalcolor:ColorFunction - 自定义最终颜色修改函数。请参阅表面着色器示例。
• exclude_path:prepass 或 exclude_path:forward - 请勿为给定的渲染路径生成通道。
• addshadow - 添加阴影投射器 (shadow caster) 和集合通道 (collector pass)。通常与自定义顶点修改函数一起使用，使得阴影投射也可获得所有程序性顶点动画效果。
• dualforward - 将双光照贴图用于正向渲染路径中。
• fullforwardshadows - 支持正向渲染路径中的所有阴影类型。
• decal:add - 附加的印花着色器（例如，地形 AddPass）。
• decal:blend - 半透明印花着色器。
• softvegetation - 使表面着色器仅在“软植被”(Soft Vegetation) 开启时被渲染。
• noambient - 请勿应用任何环境光照或球面调和光照 (spherical harmonics light)。
• novertexlights - 请勿在正向渲染 (Forward Rendering) 中应用任何球面调和光照 (spherical harmonic light) 或逐顶点光照 (per-vertex light)。
• nolightmap - 在该着色器中禁用光照贴图支持（使着色器变小）。
• nodirlightmap - 在该着色器中禁用方向性光照贴图支持（使着色器变小）。
• noforwardadd - 禁用正向渲染附加通道。这会使着色器支持一个全方向灯，而其他所有光照则逐顶点/SH 被计算。也会使着色器变小。
• approxview - 对于有需要的着色器，逐顶点而不是逐像素计算规范化视线方向。这种方法更快速，但当相机靠近表面时，视线方向不会完全正确。
• halfasview - 将半方向向量（而非视线方向向量）传递到光照函数中。半方向向量将会被逐顶点计算和规范化。这种方法更快速，但不会完全正确。
• tessellate:TessFunction - 使用 DX11 GPU 密铺 (tessellation)；函数计算密铺 (tessellation) 系数。有关详细信息，请参阅表面着色器密铺。

此外，您还可以在 CGPROGRAM 块中编写 #pragma debug，然后表面编译器 (surface compiler) 将产生大量生成代码的注释。您可以在着色器检视器中使用开放的编译着色器 (Open Compiled Shader) 进行查看。

表面着色器输入结构

输入结构 Input 通常具有着色器所需的所有纹理坐标。纹理坐标必须被命名为纹理名称前加“uv”（或以“uv2”开头以使用第二纹理坐标集）。

其他能放入 Input 结构中的值：

• float3 viewDir - 将包含视线方向，用于计算视差 (Parallax) 效果、边缘光照等。
• 带颜色 (COLOR) 语义的 float4 - 将包含插值逐顶点颜色。
• float4 screenPos - 将包含反射效果的屏幕空间位置。例如，在 Dark Unity 中由 WetStreet 着色器 (WetStreet Shader) 使用。
• float3 worldPos - 将包含世界坐标空间位置。
• float3 worldRefl - 将包含世界坐标反射向量，条件是表面着色器不写入 o.Normal。具体示例可见反射 - 漫反射着色器 (Reflect-Diffuse Shader)。
• float3 worldNormal - 将包含世界坐标法线向量，条件是表面着色器不写入 o.Normal。
• float3 worldRefl; INTERNAL_DATA - 将包含世界坐标反射向量，条件是表面着色器写入 o.Normal。要基于逐像素法线贴图获得反射向量，请使用 WorldReflectionVector (IN, o.Normal)。具体示例可见反射 - 凹凸着色器 (Reflect-Bumped Shader)。
• float3 worldNormal; INTERNAL_DATA - 将包含世界坐标法线向量，条件是表面着色器写入 o.Normal。要基于逐像素法线贴图获得法线向量，请使用 WorldNormalVector (IN, o.Normal)。

表面着色器和 DirectX 11

目前表面着色器编译管线 (compilation pipeline) 的一些部分不理解 DirectX 11 HLSL 语法，因此如果是诸如 StructuredBuffers、 RWTextures 和其他非 DX9 语法等的 HLSL 功能，则您必须将它纳入仅特定于 DX11 的预处理器宏：有关详细信息，请参阅特定于平台的差异页面。

更多文档

• 表面着色器示例
• 表面着色器中的自定义光照模型
• 表面着色器光照示例
• 具有 DX11 密铺 (Tessellation) 的表面着色器