第1篇 初识庐山真面目——unity 3D Shader

第1章 Shader(着色器)的概念和在3D游戏中的作用　

1.1 Shader的概念　

1.1.1 虚拟世界中的光明和色彩　

1.1.2 游戏开发人员的终点　

1.1.3 Shader(着色器)简史　

1.2 Shader的实例化　

1.3 Shader的实现语言　

1.3.1 GPU上的编程　

1.3.2 Unity中的着色器编程　

第2章 Unity中Shader(着色器)的形态　

2.1 Unity通过ShaderLab来组织Shader　

2.1.1 关键字Shader　

2.1.2 使用SubShader组织Shader的不同实现　

2.1.3 SubShader的重要标签　

2.1.4 SubShader中的Pass块　

2.1.5 Pass块的标签及其名字的意义　

2.1.6 使用FallBack保证Shader的广泛适应性　

2.2 Unity的ShaderLab所支持的Shader编程语言　

2.3 Unity中Shader的3种形态　

2.3.1 固定管线　

2.3.2 可编程Shader　

2.3.3 ShaderLab的骄傲：Surface Shader　

2.4 Shader的数据接口：属性和uniform变量　

2.4.1 在Properties块中定义属性　

2.4.2 通过图形界面操作属性　

2.4.3 通过脚本操控属性　

2.4.4 矩阵：不能在属性块定义的变量　

2.4.5 在Cg代码中使用属性　

第3章 Shader(着色器)中用到的各种空间概念　

3.1 模型空间　

3.1.1 为什么用模型空间　

3.1.2 在脚本和Shader中进出模型空间　

3.2 世界坐标空间　

3.2.1 统一表达：世界坐标空间　

3.2.2 在脚本和Shader中进出世界坐标空间　

3.3 视空间　

3.3.1 渲染的需要：视空间　

3.3.2 在脚本和Shader中进出视空间　

3.4 空间的一块：视锥体　

3.5 剪切空间　

3.5.1 投影　

3.5.2 脚本和Shader中的投影矩阵　

第4章 基本的光照模型　

4.1 光源对物体照明的分类　

4.1.1 间接照明　

4.1.2 直接照明　

4.2 照明的计算方式：光照模型　

4.2.1 漫反射和Lambert　

4.2.2 镜面高光和Phong　

4.2.3 半角向量和BlinnPhong　

第2篇 让你的应用更炫彩——Unity中的照明

第5章 第一个被执行的Pass　

5.1 不同的LightMode被选择的顺序　

5.1.1 渲染路径和Pass的LightMode标签　

5.1.2 设计可以检测渲染路径的材质　

5.1.3 设计便于检测渲染路径的场景　

5.1.4 VertexLit渲染路径下Pass的执行　

5.1.5 Forward渲染路径下Pass的执行　

5.1.6 Deferred渲染路径下Pass的执行　

5.1.7 不同渲染路径下的Pass执行规则总结　

5.2 3个渲染路径之外　

5.2.1 LightMode的其他值　

5.2.2 设计检测用的材质　

5.2.3 Always类型的Pass在3种渲染路径下的执行　

5.2.4 LightMode的默认值及其在3种渲染路径下的执行　

第6章 VertexLit渲染路径　

6.1 顶点照明　

6.1.1 什么是顶点照明　

6.1.2 存取光源的变量　

6.2 顶点照明和Unity存放光源的第一种方式　

6.2.1 用于调试输出的材质　

6.2.2 设计用于检测的场景　

6.2.3 在Vertex Pass中的检测结果　

6.2.4 效数据　

6.3 顶点照明和Unity存放光源的第二种方式　

6.3.1 用于调试输出的材质　

6.3.2 设计用于检测的场景　

6.3.3 在Vertex Pass中的检测结果　

6.4 顶点照明和Unity存放光源的第三种方式　

6.4.1 Unity为Vertex Pass准备的光源　

6.4.2 设计用于检测的场景　

6.4.3 顶点照明中的点光源　

6.4.4 计算顶点照明的ShadeVertexLights函数　

6.4.5 顶点照明中的Pixel光源　

6.4.6 顶点照明中的平行光　

6.4.7 顶点照明中的灯光信息小结　

6.4.8 一个顶点照明的实现例子　

第7章 Forward渲染路径　

7.1 ForwardBase和ForwardAdd　

7.1.1 设计检测用的场景和材质　

7.1.2 ForwardBase和ForwardAdd的表现　

7.2 Forward渲染路径下的重要光源　

7.2.1 设计检测用的材质　

7.2.2 不存在Pixel光源时的情况　

7.2.3 存在Pixel平行光时的情况　

7.2.4 存在Pixel点光源时的情况　

7.2.5 有多种类型的Pixel光源时的情况　

7.2.6 Forward渲染路径下的Pixel光源小结　

7.3 重要光源在ForwardAdd内的执行　

7.3.1 设计用来检测Pixel光源的材质　

7.3.2 设计检测用的场景　

7.3.3 检测结果：ForwardAdd如何被执行　

7.4 ForwardBase和Unity存放光源的第一种方式　

7.4.1 设计检测用的材质　

7.4.2 第一种方式内的Vertex点光源　

7.4.3 第一种方式内的平行光　

7.4.4 第一种方式内的重要Pixel点光源　

7.4.5 只有ForwardBase时的情况总结　

7.4.6 ForwardAdd对ForwardBase内光源的影响　

7.4.7 有ForwardAdd时存放光源数据第一种方式的总结　

7.5 ForwardAdd和Unity存放光源的第一种方式　

7.5.1 设计检测用的材质　

7.5.2 设计检测用的场景　

7.5.3 ForwardAdd内的Pixel光源　

7.5.4 ForwardAdd内的平行光　

7.5.5 数组变量unity_4LightPos的使用情况分析　

7.6 Forward渲染路径和Unity存放光源的第三种方式　

7.6.1 检测ForwardBase内情况的材质　

7.6.2 检测结果：第三种方式不包含对ForwardBase有效的数据　

7.6.3 检测结果：第三种方式不包含对ForwardAdd有效的数据　

7.7 Forward渲染路径总结　

7.7.1 Forward渲染路径下材质的适应性　

7.7.2 Unity如何为Forward渲染路径设置光源　

第8章 基于光照贴图的烘焙照明　

8.1 单光照贴图和VertexLit渲染路径　

8.1.1 测试烘焙的场景　

8.1.2 烘焙场景中使用的材质　

8.1.3 烘焙的前提：静态物体　

8.1.4 如何在烘焙中使用自发光材质　

8.1.5 烘焙之后静态物体和非静态物体的实时照明　

8.1.6 应用光照贴图到VertexLit渲染路径下的材质中　

8.1.7 通过自己的材质改变实时光源对烘焙后物体的照明　

8.2 在效果和性能间进行权衡　

8.2.1 影响全局的Resolution选项　

8.2.2 影响单个物体的Scale In Lightmap选项　

8.3 单光照贴图和Forward渲染路径　

8.3.1 单光照贴图在VertexLit和Forward下面的不同表现　

8.3.2 准备可应用于烘焙的自发光材质　

8.3.3 在ForwardBase内计算光照贴图　

8.3.4 Forward渲染路径下烘焙之后的实时照明　

8.4 单光照贴图在Deferred渲染路径下的实时阴影　

8.5 双光照贴图和Deferred渲染路径　

8.5.1 全局GI、间接照明以及双光照贴图　

8.5.2 混合双光照贴图和实时照明　

8.5.3 观察混合过程　

8.5.4 双光照贴图的使用限制　

8.6 双光照贴图和Forward渲染路径　

8.7 方向光照贴图和Forward渲染路径　

8.7.1 烘焙后的凹凸问题　

8.7.2 方向光照贴图(Direction Lightmaps)和凹凸贴图　

第9章 基于LightProbes的照明　

9.1 初识LightProbes　

9.1.1 LightProbes照明的优点　

9.1.2 检测LightProbes照明的场景　

9.1.3 使用Light Probe Group进行管理　

9.1.4 烘焙场景光照信息到LightProbes中　

9.1.5 对比Light Probes照明和实时照明　

9.2 放置LightProbes的注意事项　

9.2.1 必须形成一个体积　

9.2.2 单个Light Probe必须处于采样光源的照射范围　

9.3 动态更新LightProbes　

9.3.1 跟新数据的注意事项　

9.3.2 更改不同通道的Coefficient　

9.4 照明采样的Archor Override　

9.4.1 基于线性插值的采样　

9.4.2 改变默认的插值位置　

9.5 LightProbes照明和阴影　

9.5.1 LightProbes和光照贴图的异同　

9.5.2 烘焙阴影时可能会犯的错误　

9.5.3 将静态物体的阴影烘焙到Light Probe上　

9.5.4 LightProbes照明和实时阴影的混合　

9.6 烘焙一个色彩丰富的场景　

9.7 在自己的材质中使用LightProbes　

9.7.1 为Forward渲染路径的材质计算LightProbes　

9.7.2 使用ShadeSH9函数　

9.7.3 在一个Surface Shader中进行计算　

第3篇 使应用更逼真——Shadows(阴影)

第10章 平面阴影　

10.1 平行光对平面的投影　

10.1.1 对平行光投影的考虑　

10.1.2 进出阴影接受平面的矩阵　

10.1.3 使用三角形相似计算阴影　

10.2 点光源对平面的投影　

10.3 阴影的淡出　

10.3.1 有效利用计算平面阴影过程中的数据　

10.3.2 潜在的问题　

第11章 球体阴影　

11.1 平行光对球体的投影　

11.1.1 投影球体的信息　

11.1.2 使用相似三角形计算投影　

11.2 阴影的淡入/淡出　

11.3 点光源对球体的投影　

第12章 体积阴影　

12.1 将顶点沿某一方向挤出　

12.1.1 在Vertex函数中操作　

12.1.2 判断顶点是向光还是背光　

12.2 从Volumes中找到阴影区域　

12.2.1 两次挤出　

12.2.2 计算出阴影区域　

12.2.3 渲染阴影　

12.2.4 需要注意的问题　

第13章 阴影映射　

13.1 灯光空间和相机空间　

13.1.1 观察两个空间　

13.1.2 两个视角的Z深度　

13.1.3 渲染Z深度的材质　

13.2 投射Z深度　

13.2.1 准备灯光视角的投影矩阵　

13.2.2 在材质中计算投影后的Z深度　

13.3 比较Z深度　

13.3.1 比较Z深度的材质　

13.3.2 Z精度引起的问题　

13.3.3 增加Z的精度　

13.3.4 对Z值进行偏移　

第14章 内置的阴影　

14.1 投射阴影　

14.1.1 使用ShadowCaster投射阴影　

14.1.2 ShadowCaster里都做了什么　

14.1.3 写一个自己的ShadowCaster　

14.1.4 改变ShadowCaster的行为　

14.1.5 阴影和FallBack机制　

14.2 接受阴影　

14.3 Surface Shader和阴影　

14.3.1 Surface Shader的阴影和Fallback　

14.3.2 Surface Shader里的灯光参数和阴影　

14.3.3 Surface Shader对Forward渲染路径下阴影的支持　

第4篇 Unity中的各种Shader

第15章 Pass的通用指令开关　

15.1 使用LOD在运行时决定材质　

15.1.1 材质的LOD　

15.1.2 运行时设定单个材质的LOD　

15.1.3 设定全局所有材质的LOD　

15.1.4 Unity内置的LOD层级　

15.2 渲染队列　

15.2.1 标签队列和渲染顺序　

15.2.2 渲染队列和ZTest判断　

15.2.3 Unity中内置的渲染队列　

15.3 透明的产生　

15.3.1 Alpha检测和8种比较条件　

15.3.2 动态生成AlphaTest的材质　

15.3.3 动态生成Shader的内容　

15.3.4 结合AlphaTest和Blend操作　

15.4 混合操作　

15.4.1 什么是混合(Blend)操作　

15.4.2 动态生成测试用的材质　

15.4.3 生成Shader的代码　

15.4.4 检测不同的混合操作　

15.4.5 BlendOp选项　

15.4.6 动态生成带BlendOp选项的材质　

15.4.7 生成Shader的代码　

15.4.8 检测BlendOp操作　

15.5 使用通道遮罩(ColorMask)　

15.5.1 ColorMask的作用　

15.5.2 检测ColorMask　

15.5.3 一个使用ColorMask的例子　

15.6 ZTest(深度测试)　

15.6.1 存取场景的ZTest　

15.6.2 RenderType标签和生成ZTest的关联　

15.6.3 内置RenderType的值　

15.6.4 Forward渲染路径下的ZTest　

15.6.5 Deferred渲染路径下的ZTest　

15.7 对Z深度的偏移　

15.7.1 干预正常ZTest的手段　

15.7.2 动态改变Offset的参数　

15.7.3 观察Offset在不同应用条件下的表现　

15.8 面的剔除操作　

15.9 自动贴图坐标的生成　

15.9.1 ObjectLinear和等价的Cg代码　

15.9.2 EyeLinear和等价的Cg代码　

15.9.3 SphereMap和等价的Cg代码　

15.9.4 CubeReflect和等价的Cg代码　

15.9.5 CubeNormal和等价的Cg代码　

15.10 抓屏操作　

15.10.1 如何使用GrabPass　

15.10.2 一个模拟曲面反射的例子　

15.11 Fog(雾效)　

15.11.1 Fog和Unity的3种实现　

15.11.2 材质中对Fog的控制　

15.11.3 实现自己的Fog　

第16章 固定管线　

16.1 Unity中固定管线的基本形态　

16.1.1 基本形态　

16.1.2 与照明相关的Material块　

16.1.3 处理纹理的SetTexture块　

16.1.4 基本形态的另一种写法　

16.1.5 Combine语句　

16.2 使用顶点色　

16.2.1 使用ColorMaterial　

16.2.2 使用Bind　

16.3 在固定管线中使用光照贴图　

16.4 嵌套Cg代码　

第17章 Surface Shader　

17.1 Surface Shader的适应性　

17.1.1 一个分析策略　

17.1.2 VertexLit渲染路径的检测材质　

17.1.3 Forward渲染路径的检测材质　

17.1.4 测试用的场景　

17.1.5 检测结果：不独立支持VertexLit渲染路径　

17.1.6 检测结果：对Forward渲染路径的有条件支持　

17.2 Surface Shader和Deferred渲染路径　

17.2.1 设计检测的策略和材质　

17.2.2 检测结果：Surface Shader对Deferred渲染路径的支持条件　

17.3 Forward渲染路径下的Surface Shader　

17.3.1 Cg代码完全体　

17.3.2 最简形式的等价Cg代码　

17.3.3 Cg代码对光照贴图的支持　

17.3.4 一个检测生成的ForwardBase场景　

17.3.5 自动生成的ForwardAdd　

17.3.6 参数noambient和novertexlights　

17.3.7 参数approxview和halfasview　

17.3.8 Forward渲染路径下的透明和混合模式参数　

17.3.9 加强Forward渲染路径下效果的参数　

17.4 Deferred渲染路径下的Surface Shader　

17.4.1 自动生成的PrePassBase和PrePassFinal　

17.4.2 PrePassBase都做了什么　

17.4.3 _LightBuffer里面的东西　

17.4.4 计算_LightBuffer所使用的材质　

17.4.5 PrePassFinal的工作　

17.4.6 FallBack和Surface Shader的阴影　

17.4.7 精简用的参数　

17.4.8 Vertex、finalcolor函数和addshadow选项　

17.4.9 Deferred模式下的材质透明　

17.4.10 decal参数　

第18章 凹凸材质　

18.1 切空间　

18.2 凹凸贴图　

18.2.1 计算到切空间的矩阵　

18.2.2 Unity中法线贴图的压缩格式　

18.2.3 使用切空间矩阵的另一种方法　

18.2.4 Unity对切空间计算的支持　

18.2.5 解压缩法线贴图的函数　

18.2.6 在切空间中计算高光　

18.2.7 Surface Shader和切空间　

18.3 Parallax Mapping(视差映射)　

18.3.1 Parallax Mapping及其别名　

18.3.2 一个使用灰度图来偏移UV的材质　

18.3.3 结合法线贴图　

18.3.4 用视角来决定UV偏移　

18.3.5 一个完整的实现　

18.4 Relief Mapping(地势映射)　

18.4.1 Parallax Mapping的极限和Relief Mapping的面世　

18.4.2 Relief Mapping的算法　

18.4.3 一个完整的实现　

第19章 卡通材质　

19.1 描边　

19.1.1 沿法线挤出轮廓　

19.1.2 容易产生的问题　

19.1.3 在视空间中挤出　

19.1.4 顶点位置的另一个含义　

19.1.5 调和法线和顶点方向　

19.1.6 判断顶点的指向　

19.1.7 不仅仅是轮廓　

19.1.8 通过Z偏移来描边　

19.2 卡通着色　

19.2.1 对光照进行离散化　

19.2.2 使用2D贴图重新映射光照　

第20章 镜面材质　

20.1 镜像一个相机　

20.1.1 镜子里的世界和我的计划　

20.1.2 在脚本中对位置和角度进行镜像　

20.2 使用镜像相机来渲染、投影　

20.2.1 镜面材质的工作：采样被投影的渲染结果　

20.2.2 脚本的工作：渲染镜像相机和设置投影矩阵　

20.3 镜像相机的近剪切平面和倾斜矩阵　

20.3.1 调节近剪切平面　

20.3.2 使用倾斜矩阵微调视锥体　

第21章 半透明材质　

21.1 什么是半透明材质　

21.2 用简单来表达复杂　

第22章 体积雾　

22.1 距离的表达：相对于背景的体积雾　

22.1.1 需要计算的东西　

22.1.2 使用一个Pass来完成所有的计算　

22.1.3 黑色的雾效　

22.2 厚度的表达：物体形体的体积雾　

22.2.1 必须计算的两个数据　

22.2.2 在Unity中使用一个Pass来完成所有计算　

第23章 Wrap Model新解　

23.1 一个可调节的Wrap光照模型　

23.2 另一种实现途径　

23.2.1 基于不同构想的Wrap　

23.2.2 实现这种构想　

23.2.3 进一步的变通　

第24章 面积光　

24.1 线光源　

24.1.1 点，线，面　

24.1.2 如何理解一个线光源　

24.1.3 通过脚本传递线光源的几何信息　

24.1.4 计算线光源的照明　

24.1.5 线光源的辐射方向　

24.1.6 线光源的衰减　

24.2 面积光源　

24.2.1 面积光和线光源的不同　

24.2.2 通过脚本设定面积光的几何特性　

24.2.3 计算面积光　

24.2.4 和默认照明的整合　

第25章 体积光　

25.1 体积光和体积阴影　

25.1.1 什么是体积光　

25.1.2 体积光和体积阴影的关系　

25.2 实现体积光　

25.2.1 在Shader中表现体积光　

25.2.2 脚本的帮助　

第26章 材质替代渲染　

26.1 相机(Camera)和渲染消息　

26.1.1 相机的渲染消息发送顺序　

26.1.2 物体的渲染消息发送顺序　

26.1.3 相机和物体的渲染消息先后顺序　

26.1.4 存在两个相机时的渲染消息　

26.1.5 最后能改变Cull操作结果的地方　

26.1.6 最后能设置材质数据的地方　

26.2 相机(Camera)的渲染方法　

26.2.1 Render方法　

26.2.2 RenderWithShader方法　

26.3 如何使用RenderWithShader方法　

26.3.1 标签值不同的5个Shader　

26.3.2 调用RenderWithShader方法的脚本　

26.3.3 替换用的5个材质　

26.3.4 检测RenderWithShader方法的效果　

26.3.5 使用SubShader组织替代材质　

26.3.6 如何设置替代材质的属性　

26.3.7 将结果输出到屏幕上　

26.4 SetReplacementShader和ResetReplacementShader　

第27章 后期效果　

27.1 Graphics的两个方法　

27.1.1 与相机渲染方法的不同之处　

27.1.2 Blit方法的简单示例　

27.1.3 使用BlitMultiTap方法进行多重采样　

27.2 一个简单的调色　

27.2.1 调色用的脚本　

27.2.2 调色用的材质　

27.2.3 更高效的做法　

27.3 景深　

27.3.1 用于模糊图像的材质　

27.3.2 进行纵横两次模糊操作　

27.3.3 进行混合操作的脚本　

27.3.4 进行混合操作的材质　

27.3.5 提供一个可调节参数　

27.4 轮廓检测　

27.4.1 用脚本索要场景的Z深度和法线　

27.4.2 在材质中进行边缘检测　

27.5 扭曲　

27.5.1 通过UV操作扭曲图像　

27.5.2 限定扭曲的区域　

27.5.3 使用物体来做遮罩　

27.6 运动模糊　

27.6.1 如何记录运动轨迹　

27.6.2 实现运动模糊的材质　

27.6.3 用于完成整个过程的脚本　

27.6.4 通过Alpha和帧的混合操作实现运动模糊　

27.7 噪波　

27.7.1 根据Z深度来混合噪波　

27.7.2 根据明暗程度来混合噪波　

27.8 色彩的溢出　

27.8.1 色彩溢出的算法考量　

27.8.2 实现色彩溢出的采样计算　

第28章 地形　

28.1 地表的材质　

28.1.1 地面纹理的控制贴图　

28.1.2 如何自定义地表材质　

28.1.3 如何使用更多的纹理贴图　

28.2 花草的材质　

28.2.1 非Billboard类型花草的材质　

28.2.2 Terrain引擎传入的数据　

28.2.3 Billboard类型花草的材质　

28.2.4 自定义Detail Mesh的材质　

28.3 树木的材质　

28.3.1 树木的2D Billboard材质　

28.3.2 3D形态树木的材质　

28.3.3 应用Unity计算的Occlusion　

第29章 投影　

29.1 Unity的Projector　

29.1.1 Projector中的材质被执行的顺序　

29.1.2 如何写Projector使用的材质　

29.1.3 控制投影淡进淡出的矩阵　

29.2 实现自己的投影　

29.2.1 设定投影矩阵的脚本　

29.2.2 采样投影的材质　

29.2.3 直接投影到屏幕上　

29.2.4 模拟GUITexture　

29.3 模拟粒子的广告牌效果　

29.3.1 使用材质将物体面向相机　

29.3.2 保持旋转角度　

第5篇 Shader的组织和优化

第30章 Shader的组织和复用　

30.1 cginc文件　

30.1.1 Unity的UnityCG.cginc文件　

30.1.2 定义自己的cginc文件　

30.1.3 使用自定义的cginc文件　

30.2 通过UsePass来复用　

30.2.1 定义自己要复用的Pass　

30.2.2 复用这些Pass　

30.3 定义自己的Shader关键字　

30.3.1 使用关键字改变Shader的行为　

30.3.2 定义自己的Shader关键字　

30.4 使用multi_compile编译Shader的多个版本　

30.4.1 使用multi_compile实现多次编译　

30.4.2 在脚本中选择Shader的版本　

30.5 Unity对DX11支持所带来的问题　

第31章 你必须知道的渲染概念　

31.1 逐顶点计算和逐像素计算　

31.1.1 逐顶点计算　

31.1.2 逐像素计算　

31.1.3 如何在这两个概念中取舍　

31.2 Draw Call的指标意义　

31.2.1 Draw Call的概念　

31.2.2 正确理解Draw Call对你开发应用的意义　

31.2.3 Batching的概念和Unity为优化Draw Call所做的工作　

31.2.4 优化Draw Call　

31.3 利用渲染队列的技巧　

31.3.1 渲染队列的概念　

31.3.2 设置Render Queue的技巧　

第32章 基于渲染路径的优化　

32.1 VertexLit渲染路径下的优化　

32.1.1 VertexLit渲染路径的特点　

32.1.2 合理的光照计算　

32.2 Forward渲染路径下的优化　

32.2.1 Forward渲染路径的特点　

32.2.2 合理的光照计算　

32.3 Deferred渲染路径下的优化　

32.3.1 Deferred渲染路径的特点　

32.3.2 合理的灯光布局　

第33章 移动平台上的优化　

33.1 移动平台的特点　

33.2 一些指令的运算速度概念　

33.3 几何复杂度的考量　

33.4 贴图的问题　

33.5 数据类型的使用方式　

33.6 变量的使用　

33.7 慎用后期效果　

33.8 慎用透明效果　

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