1.4：SubShader

文章著作权归作者所有。转载请联系作者，并在文中注明出处，给出原文链接。

本系列原更新于作者的github博客，这里给出链接。

在了解了渲染流水线之后，我们可以开始SubShader的学习了。

什么是SubShader

我们在1.1节中提到：

SubShader：SubShader是Shader代码的核心部分。由于运行终端的不同，其所能支持的渲染等级也是不同的，所以我们在必要时可以编写多个SubShader，Unity会为我们从上到下寻找并使用终端所能支持的第一个SubShader。在SubShader中，可以设置细节层级，渲染方式等，也可以插入Cg/HLSL代码块，这也是Shader核心中的核心。

顾名思义，SubShader是整个着色器的一个子着色器，当一个Mesh（网格）需要被绘制时，Unity就会在Shader中寻找渲染它的方式，并从Shader中挑选第一个能被完全支持的SubShader去实现。为了让材质，或者说让游戏画面能够在不同平台发挥其最佳的效果，我们可以定义多个SubShader。每一个SubShader都包含完整的渲染参数，渲染设置，渲染方法等。在初学阶段，我们为材质编写一个SubShader即可，剩下的工作我们可以交给强大的FallBack去完成。

SubShader包含了什么

下面是SubShader的语法：

Subshader { [Tags][CommonState] Passdef [Passdef ...] }

一个SubShader包含了渲染标签Tags，一些共同的渲染声明CommonState，以及一或多个Pass，每个SubShader至少包含一个Pass，其他都是可选参数。下面给出一个例子：

SubShader {
    Tags {
        "Queue" = "Transparent"
        "RenderType" = "Transparent"
        "IgnoreProjector" = "True"
    }
    Pass {
        // ...
    }
}

Tags

标签提供了整个SubShader的渲染设置基准，比如使用哪一个渲染队列，使用哪一种渲染类型。在之后的学习中我们会逐渐学习这些标签，这些标签的含义在官方文档中也可以查阅了解。标签是一个键值对。下面给出几个最常用的标签以及他们各自的常用可选值。

Tag Name	Optional Values
Queue	Background / Geometry / AlphaTest / Transparent / Overlay
RenderType	Opaque / Transparent / Background / Overlay
IgnoreProjector	True / False
DisableBatching	True / False / LODFading
PreviewType	Plane / Sphere / Skybox

Queue：设置物体的渲染队列。Unity内使用渲染队列来标识物体的渲染层级顺序，这个顺序可以无视物体原本的渲染顺序。渲染队列是一个数值，上面五种预设对应值为1000，2000，2450，3000，4000 。渲染顺序是按值从小到大，我们也可以细分这些值，更精细地控制渲染顺序，如：Tags { "Queue" = "Geometry + 1" }。

RenderType：设置物体的渲染类型。这个标签主要是用于区分着色器的渲染类型，以供后处理使用。

IgnoreProjector：默认值是False，当设置为True时，这个渲染命令将不受其他物体投射的阴影的影响。

DisableBatching：Unity会默认将同类型的渲染命令合批处理，这会导致单个物体的模型空间数据丢失，在模型空间上所作的操作也就会失效，这时我们可以将这个标签设为True。默认值是False，设置为True时取消对这个物体的批处理，保留模型空间的信息，而LODFading则是常用于树等需要设置LOD的材质。

PreviewType：设置物体预览时的默认Mesh。

CommonState

在Unity文档中我没有找到关于CommonState的相关说明，个人倾向于理解成注释或者说明文档。

Pass

Pass是shader的核心部分。每一个Pass对应一次Draw Call，对于一个可用的SubShader，其中的每一个声明了的Pass都会被按次序调用（也可以通过后处理指定Pass的调用）。通俗一点的理解就是，每个Pass对应着一次图像的绘制，而Shader的最终结果就是多个Pass叠加的结果。

Pass的种类

Pass的声明一般有3种：Regular Pass，Use Pass，Grab Pass。

Regular Pass

Regular Pass是最常规也是使用最多的一种Pass，下面给出一个例子：

Pass {
    Tags {
        "LightMode" = "ForwardBase"
    }
    Cull Front
    ZTest Always
    ZWrite Off
    // Blend Off
    // ...
}

官方给出的Regular Pass的格式如下：

Pass { [Name] [Tags] [RenderSetup] }

可以看到，Pass的内容都是可选的。

Name

可以通过Name "PassName"给出这个Pass的名称，这个名称可以标识这个Pass以备后续重用。需要注意的是，Pass名称包含的小写字母会被转换成大写字母。

Tags

Pass也有自己的标签设置，Pass的标签表明这个Pass在渲染管线是怎样的role（官方文档用词）（它可能是ambient，vertex lit，pixel lit等等），标签的顺序不影响作用。下面给出Pass的专属标签以及对应的常用值,详细的内容可以参考官方文档。

Tag Name	Optional Value
LightMode	Always / ForwardBase / ForwardAdd / ShadowCaster
PassFlags	OnlyDirectional
RequireOptions	SoftVegetation

LightMode是最常见的设置，用于设置Pass在渲染管线中的role，一般用于表面着色器，让Unity为我们处理光照、阴影等细节。各可选值的含义如下：

Always：总是被渲染，不使用光照。

ForwardBase：使用Forward Rendering（前向渲染，Unity内置的渲染管线），会为我们准备好环境光，主平行光，顶点光，SH（Spherical Harmonics） Lights（球谐函数计算的光照）和光照贴图。

ForwardAdd：使用前向渲染，会为我们准备好所有的逐像素光，每一个逐像素光都会调用一次这个Pass。

Defered：使用Deferred Shading（延迟渲染），用于渲染g-buffer（g缓冲），而不是输出到屏幕。

ShadowCaster：把物体的深度信息渲染到阴影贴图或者深度纹理。

Tags的格式于Subshader的格式一致。

RenderSetup

RenderSetup是一系列对GPU渲染管线的配置，具体包含以下设置：

Legacy fixed-function Shader commands：这是Unity固定函数着色器使用的配置，不作展开。

Cull：Cull命令设置管线中的剔除操作，可选值有Back / Front / Off 。默认是Back，即剔除背面。Front即剔除正面，Off 不剔除任何片元。正面、背面是相对于视角而言的，基于视线向量和片元法向量的点积结果。正面剔除常用于法线外扩实现描边特效等。

ZTest：设置深度测试的比较模式，可选值有Less / Greater / LEqual / GEqual / Equal / NotEqual / Always。Always让该片元总是可以通过深度测试，即关闭深度测试，其他可选值按字面意思理解即可。

ZWrite：设置深度写入的开关。默认为On，当ZWrite值为Off 时，这个片元的深度值不会被写入深度缓冲区。

Blend：设置这个片元在颜色缓冲区的写入模式，默认值为Off，即不混合，通过所有测试就直接覆盖颜色，否则舍弃片元。Blend有两种常用的声明方式：

// Src是片元信息，Dst是颜色缓冲的信息，Result是混合结果

// 混合公式为 ResultRGBA = SrcColorRGBA * SrcFactor + DstColorRGBA * DstFactor
Blend SrcFactor DstFactor

// 混合公式为 ResultRGB = SrcColorRGB * SrcFactor  + DstColorRGB * DstFactor
//           ResultA   = SrcColorA   * SrcFactorA + DstColorA   * DstFactorA
Blend SrcFactor DstFactor, SrcFactorA DstFactorA

Blend的Factor也是一些可选值：

Factor	Value
One	1
Zero	0
SrcColor	源颜色值
SrcAlpha	源Alpha值
DstColo	缓冲区颜色值
DstAlpha	缓冲区Alpha值
OneMinusSrcColor	1 - 源颜色值
OneMinusSrcAlpha	1 - 源Alpha值
OneMinusDstColor	1 - 缓冲区颜色值
OneMinusDstAlpha	1 - 缓冲区Alpha值

通过参数的组合，我们可以实现几种常见的混合模式：

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // 正常的透明效果
Blend One OneMinusSrcAlpha // 预乘的透明效果
Blend One One // 叠加模式
Blend OneMinusDstColor One // 柔和叠加
Blend DstColor Zero // 乘法
Blend DstColor SrcColor // 二次乘法

在Regular Pass的最后，可以插入代码块，进行GPU编程。

UsePass

UsePass命令可以插入一个已经存在且命名了的Pass。

// 使用自己定义的Pass
UsePass "Shader/Name"
// 使用Unity的内置Pass
UsePass "VertexLit/SHADOWCASTER"

GrabPass

GrabPass是一个特殊的Pass，它会获取屏幕的内容，并把其储存在一张纹理中，这个纹理可以用于后续的Pass。

GrabPass { } // 这种获取方式会把纹理储存在一个叫_GrabTexture的临时纹理中
			// 每一个调用它的物体都会实时抓取一次屏幕
GrabPass { "TextureName" } // 这种获取方式只会在每一帧的第一个物体获取时抓取一次
						 // 并将抓取的内容储存在给定名称的纹理中