Unity Shader 入门指南

一、Shader 基础知识

1.1 什么是Shader？

• 定义：Shader（着色器）是运行在GPU上的程序，用于控制3D图形的渲染方式

• 作用：决定物体如何呈现（颜色、光照、纹理、特效等）

• 类型：

  • Vertex Shader（顶点着色器）：处理每个顶点的位置

  • Fragment/Pixel Shader（片元/像素着色器）：处理每个像素的颜色

1.2 Unity中的Shader类型

• Surface Shader：Unity封装的基于物理的渲染，适合初学者

• Vertex & Fragment Shader：最灵活，手动控制渲染管线

• Unlit Shader：无光照Shader，用于UI、特效等

• Post-processing Shader：后处理特效

二、第一个Shader：纯色Shader

hlsl

Shader "Custom/SimpleColor"
{
    Properties
    {
        // 在Inspector面板中显示的颜色属性
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            #include "UnityCG.cginc"
            
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
            };
            
            struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };
            
            float4 _Color;
            
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                return _Color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

三、带纹理的Shader

hlsl

Shader "Custom/SimpleTexture"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        
        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 _MainTex_ST;
            
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

四、基础光照Shader

hlsl

Shader "Custom/BasicDiffuse"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        
        Pass
        {
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
            
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma multi_compile_fwdbase
            
            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"
            
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float3 normal : NORMAL;
            };
            
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 worldNormal : TEXCOORD1;
            };
            
            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
            float4 _Color;
            
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // 采样纹理
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Color;
                
                // 环境光
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                
                // 漫反射
                float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                float diff = max(0, dot(normalize(i.worldNormal), lightDir));
                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * diff;
                
                // 最终颜色
                fixed3 finalColor = (ambient + diffuse) * col.rgb;
                return fixed4(finalColor, 1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

五、ShaderLab 语法详解

5.1 Properties 属性块

hlsl

Properties
{
    // 基本类型
    _Int ("Int", Int) = 2
    _Float ("Float", Float) = 1.5
    _Range ("Range", Range(0.0, 1.0)) = 0.5
    
    // 颜色和向量
    _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    _Vector ("Vector", Vector) = (0,0,0,0)
    
    // 纹理
    _2D ("2D Texture", 2D) = "white" {}
    _Cube ("Cube Map", Cube) = "white" {}
    _3D ("3D Texture", 3D) = "white" {}
}

5.2 SubShader 和 Pass

• SubShader：针对不同显卡配置的备用方案

• Pass：一次完整的渲染过程，一个SubShader可以有多个Pass

• Tags：控制渲染顺序、类型等

六、实用特效示例

6.1 顶点动画（水波效果）

hlsl

Shader "Custom/VertexAnimation"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Amplitude ("Amplitude", Range(0, 1)) = 0.1
        _Frequency ("Frequency", Range(0, 10)) = 1
        _Speed ("Speed", Range(0, 5)) = 1
    }
    
    SubShader
    {
        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;
            float _Amplitude, _Frequency, _Speed;
            
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                
                // 顶点动画：正弦波
                float wave = sin(v.vertex.x * _Frequency + _Time.y * _Speed) * _Amplitude;
                v.vertex.y += wave;
                
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                return tex2D(_MainTex, i.uv);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

6.2 边缘光效果

hlsl

Shader "Custom/RimLight"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _RimColor ("Rim Color", Color) = (1,1,1,1)
        _RimPower ("Rim Power", Range(0.5, 8)) = 3
    }
    
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        
        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert
        
        struct Input
        {
            float2 uv_MainTex;
            float3 viewDir;
            float3 worldNormal;
        };
        
        sampler2D _MainTex;
        float4 _RimColor;
        float _RimPower;
        
        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
        {
            o.Albedo = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
            
            // 计算边缘光强度
            float rim = 1.0 - saturate(dot(normalize(IN.viewDir), o.Normal));
            o.Emission = _RimColor.rgb * pow(rim, _RimPower);
        }
        ENDCG
    }
}

七、学习路径建议

第一阶段：基础（1-2周）

1. 理解渲染管线流程

2. 掌握ShaderLab基本结构

3. 学会编写简单颜色和纹理Shader

第二阶段：进阶（1-2个月）

1. 学习光照模型（Lambert, Phong, Blinn-Phong）

2. 理解法线贴图、高光、环境光等概念

3. 掌握Surface Shader编写

第三阶段：高级（3-6个月）

1. 学习屏幕后处理

2. 掌握Shader优化技巧

3. 学习Shader Graph可视化编程

第四阶段：专业

1. 学习PBR（基于物理的渲染）

2. 掌握复杂特效（如体积光、次表面散射等）

3. 学习Compute Shader

八、调试技巧

hlsl

// 1. 使用颜色调试
return float4(i.uv, 0, 1);  // 查看UV坐标
return float4(normal, 0.5); // 查看法线方向

// 2. Unity Shader Debugger
// 使用Frame Debugger和RenderDoc工具

// 3. 添加调试参数
_DebugMode ("Debug Mode", Range(0, 3)) = 0

// 在frag函数中
if(_DebugMode == 0) return col;
else if(_DebugMode == 1) return float4(normal, 1);

九、常用资源

学习资料：

1. 官方文档：Unity ShaderLab Reference

2. 书籍：《Unity Shader入门精要》

3. 网站：

   • ShaderToy（学习GLSL）

   • 知乎/CSDN相关专栏

工具：

1. Shader Graph：Unity可视化Shader编辑器

2. Amplify Shader Editor：第三方Shader编辑器

3. RenderDoc：图形调试工具

十、注意事项

1. 性能优化：

   • 减少纹理采样次数

   • 避免分支语句（if/for）

   • 使用half/fixed代替float

2. 平台兼容性：

   • 注意移动平台精度限制

   • 测试不同GPU支持度

   • 使用multi_compile处理变体

3. 常见错误：

   • 忘记声明变量

   • 坐标系转换错误

   • 光照模式不匹配

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这个入门指南涵盖了Unity Shader的基础知识。建议从最简单的纯色Shader开始，逐步增加复杂度，多动手实践，结合具体项目需求学习特定效果。