Unity Shader 参考文档 - 第二部分

发表于 2025/07/31

作者晓

14 分钟阅读

BuildIn Variables（内置变量）

基础函数

函数	描述
`UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type,name)`	由于HLSL编缉器不接受没有初始化的数据，所以为了支持所有平台，从而需要使用此方法进行初始化
`TRANSFORM_TEX(i.uv,_MainTex)`	对UV进行Tiling与Offset变换
`float3 UnityWorldSpaceLightDir( float3 worldPos )`	返回顶点到灯光的向量

Camera and Screen

内置渲染管线

变量	描述
`_WorldSpaceCameraPos`	主相机的世界坐标位置，类型：float3
`UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos)`	世界空间下的相机方向(顶点到主相机)，类型：float3
`_CameraDepthTexture`	深度纹理，需要在脚本中开启相机的深度：Camera.main.depthTextureMode = DepthTextureMode.Depth
`ComputeScreenPos(float4 pos)`	pos为裁剪空间下的坐标位置，返回的是某个投影点下的屏幕坐标位置
`_ScreenParams`	屏幕的相关参数，单位为像素。x表示屏幕的宽度，y表示屏幕的高度，z表示1+1/屏幕宽度，w表示1+1/屏幕高度

URP渲染管线

变量	描述
`_WorldSpaceCameraPos`	相机在世界空间下的位置坐标(xyz)
`_ZBufferParams`	Z Buffer参数，包含近远裁剪面信息
`_CameraDepthTexture`	深度纹理，在PipelineAsset中勾选DepthTexture
`_CameraOpaqueTexture`	抓屏纹理，在PipelineAsset中勾选OpaqueTexture
`_ScreenParams`	屏幕的相关参数，单位为像素
`_ScaledScreenParams`	同上，但是有考虑到RenderScale的影响

Time

变量	描述
`_Time`	时间，主要用于在Shader做动画，类型：float4 x = t/20 y = t z = t2w = t3
`_SinTime`	t是时间的正弦值，返回值(-1~1) x = t/8 y = t/4 z = t/2 w = t
`_CosTime`	t是时间的余弦值，返回值(-1~1) x = t/8 y = t/4 z = t/2 w = t
`unity_DeltaTime`	dt是时间增量，smoothDt是平滑时间 x = dt y = 1/dt z = smoothDt w = 1/smoothDt

Lighting (内置渲染管线)

变量	描述
`_LightColor0`	主平行灯的颜色值，rgb = 颜色x亮度；a = 亮度
`_WorldSpaceLightPos0`	平行灯：(xyz=位置,z=0)，已归一化其它类型灯：(xyz=位置,z=1)
`unity_WorldToLight`	从世界空间转换到灯光空间下，等同于旧版的_LightMatrix0

Fog and Ambient (内置渲染管线)

变量	描述
`unity_AmbientSky`	环境光（Gradient）中的Sky Color
`unity_AmbientEquator`	环境光（Gradient）中的Equator Color
`unity_AmbientGround`	环境光（Gradient）中的Ground Color
`UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT`	环境光(Color)中的颜色，等同于环境光（Gradient）中的Sky Color

GPU Instancing

内容	描述
实现步骤	用于对多个对象(网格一样，材质一样，但是材质属性不一样)合批，单个合批最大上限为511个对象 1. #pragma multi_compile_instancing 添加此指令后会使材质面板上曝露Instaning开关 2. UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID 在顶点着色器的输入(appdata)和输出(v2f可选)中添加(uint instanceID : SV_InstanceID) 3. 构建需要实例化的额外数据 4. UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v) 放在顶点着色器/片断着色器(可选)中最开始的地方 5. UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o) 当需要将实例化ID传到片断着色器时，在顶点着色器中添加 6. UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(arrayName, propName) 在片断着色器中访问具体的实例化变量
Instancing选项	对GPU Instancing进行一些设置 • #pragma instancing_options forcemaxcount:batchSize 强制设置单个批次内Instancing的最大数量 • #pragma instancing_options maxcount:batchSize 设置单个批次内Instancing的最大数量

内容

描述

实现步骤

用于对多个对象(网格一样，材质一样，但是材质属性不一样)合批，单个合批最大上限为511个对象
1. #pragma multi_compile_instancing 添加此指令后会使材质面板上曝露Instaning开关
2. UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID 在顶点着色器的输入(appdata)和输出(v2f可选)中添加(uint instanceID : SV_InstanceID)
3. 构建需要实例化的额外数据
4. UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v) 放在顶点着色器/片断着色器(可选)中最开始的地方
5. UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o) 当需要将实例化ID传到片断着色器时，在顶点着色器中添加
6. UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(arrayName, propName) 在片断着色器中访问具体的实例化变量

Instancing选项

对GPU Instancing进行一些设置
• #pragma instancing_options forcemaxcount:batchSize 强制设置单个批次内Instancing的最大数量
• #pragma instancing_options maxcount:batchSize 设置单个批次内Instancing的最大数量

BuildIn Transformation（内置变换）

空间变换(矩阵)

内置渲染管线

矩阵	描述
`UNITY_MATRIX_MVP`	模型空间»投影空间
`UNITY_MATRIX_MV`	模型空间»观察空间
`UNITY_MATRIX_V`	视图空间
`UNITY_MATRIX_P`	投影空间
`UNITY_MATRIX_VP`	视图空间>投影空间
`unity_ObjectToWorld`	本地空间»世界空间
`unity_WorldToObject`	世界空间>本地空间

URP渲染管线

函数	描述
`GetObjectToWorldMatrix()`	本地空间到世界空间的矩阵
`GetWorldToObjectMatrix()`	世界空间到本地空间的矩阵
`GetWorldToViewMatrix()`	世界空间到观察空间的矩阵
`GetWorldToHClipMatrix()`	世界空间到齐次裁剪空间的矩阵
`GetViewToHClipMatrix()`	观察空间到齐次裁剪空间的矩阵

空间变换(方法)

内置渲染管线

函数	描述
`UnityObjectToClipPos(v.vertex)`	将模型空间下的顶点转换到齐次裁剪空间
`UnityObjectToWorldNormal(v.normal)`	将模型空间下的法线转换到世界空间(已归一化)
`UnityObjectToWorldDir (v.tangent)`	将模型空间下的切线转换到世界空间(已归一化)
`UnityWorldSpaceLightDir (i.worldPos)`	世界空间下顶点到灯光方向的向量(未归一化)
`UnityWorldSpaceViewDir (i.worldPos)`	世界空间下顶点到视线方向的向量(未归一化)

URP渲染管线

函数	描述
`float3 TransformObjectToWorld (float3 positionOS)`	从本地空间变换到世界空间
`float3 TransformWorldToObject (float3 positionWS)`	从世界空间变换到本地空间
`float3 TransformWorldToView(float3 positionWS)`	从世界空间变换到视图空间
`float4 TransformObjectToHClip(float3 positionOS)`	将模型空间下的顶点变换到齐次裁剪空间
`float4 TransformWorldToHClip(float3 positionWS)`	将世界空间下的顶点变换到齐次裁剪空间
`float4 TransformWViewToHClip (float3 positionVS)`	将视图空间下的顶点变换到齐次裁剪空间
`float3 TransformObjectToWorldNormal (float3 normalOS)`	将法线从本地空间变换到世界空间(已归一化)

基础变换矩阵

矩阵类型	矩阵定义
平移矩阵	`float4x4 M_translate = float4x4( 1, 0, 0, T.x, 0, 1, 0, T.y, 0, 0, 1, T.z, 0, 0, 0, 1);`
缩放矩阵	`float4x4 M_scale = float4x4( S.x, 0, 0, 0, 0, S.y, 0, 0, 0, 0, S.z, 0, 0, 0, 0, 1);`
旋转矩阵(X轴)	`float4x4 M_rotationX = float4x4( 1, 0, 0, 0, 0, cos(θ), sin(θ), 0, 0, -sin(θ), cos(θ), 0, 0, 0, 0, 1);`
旋转矩阵(Y轴)	`float4x4 M_rotationY = float4x4( cos(θ), 0, sin(θ), 0, 0, 1, 0, 0, -sin(θy), 0, cos(θ), 0, 0, 0, 0, 1);`
旋转矩阵(Z轴)	`float4x4 M_rotationZ = float4x4( cos(θ), sin(θ), 0, 0, -sin(θ), cos(θ), 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1);`

Lighting（光照）

光照模型

Lambertian

Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L))

Diffuse: 最终物体上的漫反射光强
Ambient: 环境光强度，为了简化计算，环境光强采用一个常数表示
Kd: 物体材质对光的反射系数
LightColor: 光源的强度
N: 顶点的单位法线向量
L: 顶点指向光源的单位向量

Phong

Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(R,V)), Shininess)

Specular: 最终物体上的反射高光光强
SpecularColor: 反射光的颜色
Ks: 反射强度系数
R: 反射向量，可使用2 * N * dot(N,L) - L或者reflect(-L,N)获得
V: 观察方向
N: 顶点的单位法线向量
L: 顶点指向光源的单位向量
Shininess: 乘方运算来模拟高光的变化

Blinn-Phong

Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(N,H)), Shininess)

H: 入射光线L与视线V的中间向量，也称为半角向量H = normalize(L+V)

Disney Principled BRDF

f(l,v) = diffuse + D(h)F(v,h)G(l,v,h)/4cos(n·l)cos(n·v)

f(l,v) : 双向反射分布函数的最终值，l表示光的方向，v表示视线的方向
diffuse: 漫反射
D(h) : 法线分布函数(Normal Distribution Function)
F(v,h) : 菲涅尔方程(Fresnel Equation)
G(l,v,h) : 几何函数(Geometry Function)

法线贴图

内置渲染管线

appdata中定义NORMAL与TANGENT语义
v2f中声明三个变量用于组成成切线空间下的旋转矩阵
在顶点着色器中执行切线空间转换
在片断着色器中计算出世界空间下的法线

URP渲染管线

Attributes中定义NORMAL与TANGENT语义
Varyings中声明三个变量用于组成成切线空间下的旋转矩阵
在顶点着色器中执行切线空间转换
在片断着色器中计算出世界空间下的法线

阴影

内置渲染管线

生成阴影: 添加”LightMode” = “ShadowCaster”的Pass
采样阴影: 使用UNITY_SHADOW_COORDS、TRANSFER_SHADOW、UNITY_LIGHT_ATTENUATION

URP渲染管线

投射阴影: 添加LightMode=ShadowCaster的pass即可渲染进lightmap产生投影
接收阴影: 使用相关宏定义来控制阴影接收

雾效

内置渲染管线

方案一: 常规方案，使用UNITY_FOG_COORDS、UNITY_TRANSFER_FOG、UNITY_APPLY_FOG
方案二: 当在v2f中有定义worldPos时，可以把worldPos.w利用起来做为雾效值

URP渲染管线

使用#pragma multi_compile_fog
在Varyings中定义fogCoord
在顶点着色器中添加ComputeFogFactor
在片断着色器中添加MixFog

Tags（标签）

基础语法

  
Tags { "TagName1" = "Value1" "TagName2" = "Value2" }

RenderPipeline（URP）

标签	描述
`"RenderPipeline" = "UniversalPipeline"`	渲染管线标记，对应的管线C#代码UniversalRenderPipeline.cs中的Shader.globalRenderPipeline = UniversalPipeline,LightweightPipeline

Queue（渲染队列）

队列	值	描述
`"Queue" = "Background"`	1000	此队列的对象最先进行渲染
`"Queue" = "Geometry"`	2000	默认值，通常用于不透明对象，比如场景中的物件与角色等
`"Queue" = "AlphaTest"`	2450	要么完全透明要么完全不透明，多用于利用贴图来实现边缘透明的效果
`"Queue" = "Transparent"`	3000	常用于半透明对象，渲染时从后往前进行渲染
`"Queue" = "Overlay"`	4000	此渲染队列用于叠加效果，最后渲染的东西应该放在这里

LightMode（Pass中）

内置渲染管线

模式	描述
`ForwardBase`	用于前向渲染路径，支持环境光、主像素光、球谐光照与烘焙光照
`ForwardAdd`	用于前向渲染路径，支持额外的逐像素光照，每盏灯一个Pass
`Deferred`	用于延迟渲染
`ShadowCaster`	深度渲染与Shadowmap
`MotionVectors`	运动矢量
`Always`	永远渲染

URP渲染管线

模式	描述
`"LightMode" = "UniversalForward"`	用于前向渲染路径，所有的灯光都在这一个pass中执行
`"LightMode" = "SRPDefaultUnlit"`	用于在额外需要一个pass时使用
`"LightMode" = "ShadowCaster"`	用于生成阴影贴图ShadowMap
`"LightMode" = "DepthOnly"`	用于生成相机下的深度信息
`"LightMode" = "DepthNormals"`	用于生成相机下的深度法线信息
`"LightMode" = "Meta"`	仅在光照烘焙时才会使用此Pass
`"LightMode" = "Universal2D"`	用于URP使用2D渲染器时绘制物体的Pass

RenderType

类型	描述
`"RenderType" = "Opaque"`	大多数不透明着色器
`"RenderType" = "Transparent"`	大多数半透明着色器，比如粒子、特效、字体等
`"RenderType" = "TransparentCutout"`	透贴着色器，多用于植被等
`"RenderType" = "Background"`	多用于天空盒着色器
`"RenderType" = "Overlay"`	GUI、光晕着色器等

其他标签

标签	描述
`"DisableBatching" = "True"`	禁用批处理
`"ForceNoShadowCasting" = "True"`	强制关闭阴影投射
`"IgnoreProjector" = "True"`	不受投影器影响
`"CanUseSpriteAtlas" = "True"`	支持精灵打包图集
`"PreviewType" = "Plane"`	材质面板中的预览模型显示为平面
`"PerformanceChecks" = "True"`	开启性能检测提示

shader unity

本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权

BuildIn Variables（内置变量）

基础函数

Camera and Screen

内置渲染管线

URP渲染管线

Time

Lighting (内置渲染管线)

Fog and Ambient (内置渲染管线)

GPU Instancing

BuildIn Transformation（内置变换）

空间变换(矩阵)

内置渲染管线

URP渲染管线

空间变换(方法)

内置渲染管线

URP渲染管线

基础变换矩阵

Lighting（光照）

光照模型

Lambertian

Phong

Blinn-Phong

Disney Principled BRDF

法线贴图

内置渲染管线

URP渲染管线

阴影

内置渲染管线

URP渲染管线

雾效

内置渲染管线

URP渲染管线

Tags（标签）

基础语法

RenderPipeline（URP）

Queue（渲染队列）

LightMode（Pass中）

内置渲染管线

URP渲染管线

RenderType

其他标签

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