【Shader基础】ShaderLab 语法

关键概念：ShaderLab 是 Unity 自己的"配置语言"，它包裹着 CG/HLSL 着色器代码。ShaderLab 负责配置（属性、渲染状态、Tags），CG/HLSL 负责计算（顶点变换、颜色计算）。

一、Shader 文件的整体框架

一个 .shader 文件的嵌套结构是：

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Shader              ← 最外层，定义名称
├── Properties      ← 声明 Inspector 面板参数
├── SubShader       ← 可写多个，GPU 从上往下试
│   ├── Tags        ← 告诉 Unity 渲染时机和类型
│   ├── 渲染状态     ← Cull / ZWrite / Blend 等
│   └── Pass        ← 实际渲染通道（可以有多个）
│       ├── Tags
│       ├── 渲染状态
│       └── CGPROGRAM / HLSLPROGRAM  ← 着色器代码
│           ├── #pragma ...
│           ├── struct appdata
│           ├── struct v2f
│           ├── vert()
│           ├── frag()
│           └── ENDCG / ENDHLSL
├── SubShader       ← 备用方案（低配设备用）
├── Fallback        ← 兜底：所有 SubShader 都不行就用它
└── CustomEditor    ← 自定义 Inspector 面板（可选）

二、Shader 名称与路径

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Shader "Custom/MyShader" {
}

字符串中用 / 分隔，对应材质面板的下拉菜单层级
例如 Shader "MyGame/Water" → 材质面板中会出现在 MyGame 分类下
名称可以随意取，但建议按项目组织

三、Properties --- Inspector 面板参数

Properties 里声明的参数会显示在材质面板（Inspector）中，美术可以直接调整。

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_变量名 ("显示名", 类型) = 默认值

三件事必须搞清楚

变量名：以 _ 开头是约定（如 _Color、_MainTex）
显示名：Inspector 面板上看到的中文/英文标签
声明了两次 ：Properties 中声明一次（给 Inspector 用），CG/HLSL 代码中再声明一次（给 GPU 用），名字必须一致

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Properties {
    _MainTex  ("主纹理",  2D)      = "white" {}       // 纹理
    _Tint     ("色调",    Color)    = (1,1,1,1)       // RGBA 颜色
    _Speed    ("速度",    Float)    = 1.0              // 浮点数
    _Smooth   ("平滑度",  Range(0,1)) = 0.5           // 滑动条
    _Count    ("数量",    Int)      = 4                // 整数
    _Dir      ("方向",    Vector)   = (0,1,0,0)       // 四维向量
    _CubeMap  ("天空盒",  Cube)     = "" {}            // 立方体贴图
}

四、SubShader --- 渲染方案

一个 Shader 可以有多个 SubShader，GPU 从上往下尝试 ，第一个能跑的就用。

为什么需要多个 SubShader？

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SubShader {
    // 高配版本：用 PBR、法线贴图、多光源
}
SubShader {
    // 低配版本：只用漫反射，省性能
}
Fallback "Diffuse"  // 都不行就用 Unity 内置的漫反射

Tags --- 告诉 Unity 什么时候渲染这个物体

Tags 写在 SubShader 或 Pass 里，用键值对的形式：

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SubShader {
    Tags {
        "RenderType" = "Opaque"       // 渲染类型：不透明
        "Queue" = "Geometry"           // 渲染队列：不透明物体
        "RenderPipeline" = "UniversalPipeline"  // URP 专用
    }
}

Queue 是最重要的 Tag，它决定了物体的渲染顺序：

Queue 值	数值	用途
Background	1000	天空盒、背景
Geometry	2000	默认，不透明物体
AlphaTest	2450	透明裁切（植被用）
Transparent	3000	半透明物体
Overlay	4000	UI、光晕等最上层

值越大越晚渲染。透明物体必须在不透明物体之后渲染，所以 Queue 至少要设为 Transparent。

五、Pass --- 渲染通道

SubShader 里的每个 Pass 是一次完整的渲染流程（顶点着色器 → 光栅化 → 片元着色器）。

单 Pass vs 多 Pass

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// 单 Pass：大多数不透明物体只需要一个
SubShader {
    Pass {
        CGPROGRAM
        // 主体渲染
        ENDCG
    }
}

// 多 Pass：描边效果 = 第一个 Pass 正常渲染，第二个 Pass 画轮廓
SubShader {
    // Pass 0: 正常渲染
    Pass {
        Cull Back
        CGPROGRAM
        // 主体渲染
        ENDCG
    }
    // Pass 1: 描边
    Pass {
        Cull Front
        CGPROGRAM
        // 法线外扩 + 纯色
        ENDCG
    }
}

Pass 级 Tags --- 光照模式

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Pass {
    Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }  // 主方向光 + 环境光
    // ...
}

Pass {
    Tags { "LightMode" = "ForwardAdd" }   // 额外逐像素光源
    // ...
}

Pass {
    Tags { "LightMode" = "ShadowCaster" } // 阴影投射
    // ...
}

URP 中的 LightMode 不同：UniversalForward、UniversalGBuffer、ShadowCaster 等。

六、渲染状态 (Render States)

控制 GPU 固定管线的行为，写在 SubShader 或 Pass 里。

最常用的四个

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// 1. 剔除模式
Cull Back     // 默认：不渲染背面
Cull Front    // 只渲染背面（描边 Pass 用）
Cull Off      // 双面都渲染（玻璃、植被）

// 2. 深度写入
ZWrite On     // 默认：写入深度缓冲
ZWrite Off    // 透明物体必须关闭（否则后面的透明物体会被挡住）

// 3. 深度测试
ZTest LEqual  // 默认：距离 <= 已有深度才通过
ZTest Always  // 总是通过（X光透视效果）

// 4. 混合模式（透明物体必配）
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha    // 标准半透明
Blend Off                         // 关闭混合（默认）

透明物体的经典组合

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SubShader {
    Tags { "Queue" = "Transparent" "RenderType" = "Transparent" }
    ZWrite Off                              // 不写深度
    Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha         // Alpha 混合
    Pass { ... }
}

模板测试 (Stencil)

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Stencil {
    Ref 1                    // 参考值
    Comp Always              // 比较方式：总是通过
    Pass Replace             // 通过后把模板值设为 Ref
}

用途：遮罩、镜子、小地图裁切等高级效果。

六、CGPROGRAM / HLSLPROGRAM --- 着色器代码区

这是你 CG/HLSL 代码的地方，被 CGPROGRAM ... ENDCG（或 HLSLPROGRAM ... ENDHLSL）包裹。

必须的 #pragma 指令

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CGPROGRAM
#pragma vertex vert      // 告诉 Unity 顶点着色器函数名叫 vert
#pragma fragment frag    // 告诉 Unity 片元着色器函数名叫 frag
// 可选：
#pragma multi_compile_fog   // 雾效变体
#pragma target 3.0          // 着色器模型版本
ENDCG

#include 引入头文件

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// Built-in 管线
#include "UnityCG.cginc"           // 基础工具函数
#include "Lighting.cginc"           // 光照相关
#include "AutoLight.cginc"          // 光照衰减、阴影

// URP 管线（注意用 .hlsl 而不是 .cginc）
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"

数据结构：三个 struct

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// 1. appdata --- 从 CPU 接收的顶点数据
struct appdata {
    float4 vertex : POSITION;   // 顶点位置（语义: POSITION）
    float3 normal : NORMAL;     // 法线
    float2 uv     : TEXCOORD0;  // 第一套 UV
};

// 2. v2f --- 顶点着色器传给片元着色器的数据
struct v2f {
    float4 pos    : SV_POSITION;  // 裁剪空间位置（必须）
    float2 uv     : TEXCOORD0;   // UV
    float3 worldNormal : TEXCOORD1; // 世界空间法线
};

// 3. vert --- 顶点着色器
v2f vert (appdata v) {
    v2f o;
    o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);  // MVP 变换
    o.uv = v.uv;                              // 传递 UV
    o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); // 法线转世界空间
    return o;
}

// 4. frag --- 片元着色器
sampler2D _MainTex;
float4 _Tint;

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
    fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Tint;  // 采样纹理 * 色调
    return col;  // 输出最终颜色
}

语义 (Semantics) --- HLSL 和 GPU 的约定

语义告诉 GPU 这个变量的数据从哪来、到哪去：

语义	用途	方向
POSITION	顶点位置	输入
NORMAL	顶点法线	输入
TEXCOORD0~7	UV 坐标 / 自定义数据	输入/输出
COLOR	顶点颜色	输入
SV_POSITION	裁剪空间位置	输出（必须）
SV_Target	片元着色器输出颜色	输出

八、Fallback --- 兜底方案

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Fallback "Diffuse"
// 或者
Fallback Off  // 没有后备

当所有 SubShader 都不支持当前硬件时，用 Fallback 指定的内置 Shader。

九、一个完整可运行的 Shader 模板

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Shader "Custom/LearnShader01" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Tint ("Tint", 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;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;  // Tiling/Offset 自动生成
            float4 _Tint;

            v2f vert (appdata v) {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);  // 应用 Tiling/Offset
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
                return tex2D(_MainTex, i.uv) * _Tint;
            }
            ENDCG
        }
    }
    Fallback "Diffuse"
}

它做三件事：MVP 变换、采样纹理、乘以色调。

十、ShaderLab 学习要点总结

概念	理解
Properties	Inspector 面板的参数声明，双份声明（ShaderLab + HLSL）
SubShader	一套渲染方案，可写多个给不同硬件
Tags	告诉 Unity 渲染时机（Queue）和类型（RenderType）
Pass	一次完整渲染流程，多 Pass = 多次绘制
渲染状态	Cull/ZWrite/ZTest/Blend 控制固定管线行为
CGPROGRAM	包裹着色器代码，#pragma 指定入口函数
appdata	CPU 传给顶点着色器的数据，用语义标记
v2f	顶点着色器传给片元着色器的数据
语义	POSITION/TEXCOORD/SV_POSITION 等，GPU 靠它识别数据
Fallback	兜底方案

建议把这个完整模板放进 Unity 试一下，改改 _Tint 颜色看看效果，建立直观感受。