基础篇
渲染流水线
- 定义：渲染流水线的工作任务由一个三维场景出发，生成（或者渲染）一张二维图像。换句话说，计算机需要从一系列的顶点数据，纹理等信息出发，把这些信息最终转换成一张人眼可见的图像。这个工作有GPU和CPU共同完成
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三个阶段
渲染流水线的三个概念阶段.png- 应用阶段：应用主导，CPU实现，开发者可以控制
- 几何阶段：对渲染图元进行处理，由GPU实现
- 光栅化阶段：使用上一阶段传递的数据来产生屏幕像素，最终渲染出图像，由GPU实现
- CPU和GPU之间的通信
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数据加载到显存
渲染所需的数据（两张纹理以及3个网格）从硬盘最终加载到显存中。在渲染时，GPU可以快速访问这些数据.png -
设置渲染状态（渲染状态：定义了场景的网格是怎样渲染的，使用哪个顶点着色器/片元着色器、光源属性、材质等）
在同一状态下渲染三个网格。由于没有更改渲染状态，因此三个网格的外观看起来像是同一种材质的物体.png -
调用Draw Call
CPU通过调用Draw Call来告诉GPU开始进行一个渲染过程。一个Draw Call会指向本次调用需要渲染的图元列表.png
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GPU流水线
概述：当GPU从CPU那里得到渲染命令后，就会进行一系列流水操作，最终渲染到屏幕上，用一幅图表示：
image.png-
顶点着色器（Vertex Shader）：可编程的，用于实现顶点的空间变换、顶点着色等功能，需要完成坐标变换和逐顶点光照。
GPU在每个输入的网格顶点上都会调用顶点着色器。进行顶点的坐标变换，需要时还可以计算和输出顶点的颜色.png
顶点着色器会将模型顶点的位置变换到齐次裁剪坐标空间下.png -
剪裁
概述：由于场景可能很大，摄像机覆盖不到所有的物体，不在视野内的无需处理，所以有了剪裁
只有在单位立方体的图元才需要被继续处理.png -
屏幕映射
概述：屏幕映射的任务时把每个图元的x和y坐标转换到屏幕坐标系下（输入的z坐标不处理，直接传递到光栅化阶段）
屏幕映射将x、y坐标从（-1, 1）范围转换到屏幕坐标系中.png
OpenGL和DirectX的屏幕坐标系差异.png - 三角形设置
- 三角形遍历
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片元着色器
概述：另一个非常重要的可编程着色器。输入是上一阶段对顶点的插值结果，使用到重要的渲染技术是纹理采样。
根据上一步插值后的片元信息，片元着色器计算该片元的输出颜色.png - 逐片元操作
渲染最后一步：测试、合并/混合。
两个重要的概念：深度测试和混合Blend
逐片元操作阶段所做的操作.png
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- 一些容易困惑的地方
- 什么是OpenGL和DirectX：图像应用编程接口，这些接口架起了上层应用和底层GPU的沟通桥梁
- 什么是HLSL、GLSL、CG：对应DirectX、OpenGL、NVIDIA的着色语言
- 如何减少Draw Call：主要使用批处理技术
Unity Shader 基础
- Unity Shader概述：一对好兄弟，材质（Material）和Unity Shader，Unity中需要材质和Shader配合才能达到效果。材质需要赋值给Mesh或者粒子系统
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Unity Shader的基础：ShaderLab，专门为Unity Shader服务的语言
Unity Shader为控制渲染过程提供了一层抽象。如果没有使用Unity Shader（左图），开发者需要和很多文件和设置打交道，才能让画面呈现出想要的效果；而在Unity Shader的帮助下（右图），开发者只需要使用ShaderLab来编写Unity Shader文件就可以完成所有的工作.png - Unity Shader结构
- 名字
Shader "Custom/MyShader"- Properites：显示在面板中
- SubShader：重量级成员，至少需要一个
- Fallback：如果所以的SubShader都不能在这块显卡运行，则使用兜底的这个Shader
- Shader的形式
- 表面着色器
- 顶点/片元着色器
- 固定函数着色器（被抛弃）
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如何选择
选择哪种着色器.png
学习Shader所需的数学基础
- 简介：这张主要介绍数学基础，讲述了各个坐标系、点和矢量、矩阵、坐标空间等知识，有些枯燥和难懂，建议自行阅读书籍深入学习。
初级篇
开始Unity Shader的学习之旅
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一个最简单的顶点/片元着色器
image.png -
ShaderLab属性和CG对应关系
image.png - Unity提供的内置变量，可以从官网下载
http://unity3d.com/cn/get-unity/download/achive
image.png
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CGIncludes中主要包含的文件以及它们的主要用处
image.png -
UnityCG.cginc一些常用的结构体
image.png -
UnityCG.cginc一些常用的帮助函数
image.png -
从应用传递模型数据给顶点着色器是Unity支持的常用语义
image.png -
从顶点着色器传递给片元着色器时Unity使用的常用语义
image.png -
片元着色器输出时Unity支持的常用语义
image.png -
如何定义复杂的变量类型，例如：
image.png - 如何Debug
- 使用假彩色图像输出到屏幕
- 使用Visual Studio
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最新利器：帧调试器（Frame Debugger）
帧调试器.png
- shader整洁之道
- float、half、fixed等使用合适的精度
- 慎用分支和循环
- 不要除以0
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避免不必要的计算
image.png
Unity中的基础光照
- 我们如何看到这个世界的？
- 光源
- 吸收和散射
- 着色：根据材质属性、光源信息计算沿某个观察方向的出射度，也称为光照模型
- BRDF光照模型
- 标准光照模型
- 环境光
- 自发光
- 漫反射
- 高光反射
- 逐像素还是逐定点：在片元着色器中计算，也被称为逐像素光照；在顶点着色器中计算，也被称为逐顶点光照
基础纹理
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目的
image.png -
纹理属性
image.png - Wrap Mode
- Repeat：如果纹理坐标超过1，整数部分舍弃，使用小数部分采用，这样的纹理结果会不断重复
- Clamp：该模式下，如果纹理坐标超过1，将会截取到1.如果小于0，截取到0
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两种模式对比
Wrap Mode决定了当纹理坐标超过[0, 1]范围后将会如何被平铺.png -
偏移属性（Offset）
偏移（Offset）属性决定了纹理坐标的偏移量.png
透明效果
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概述
image.png -
为什么渲染顺序很重要？
image.png
image.png -
Unity Shader渲染顺序
渲染队列.png
image.png -
ShaderLab混合指令
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ShaderLab混合因子
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ShaderLab混合操作
image.png -
双面渲染透明效果
image.png
中级篇和高级篇
- 比较复杂了，需要结合实际运用，在此就不叙述了
总结
- 这本书可以说是很经典的入门书籍，特别适合有一定数学基础和或者想往技术美术方向发展的人学习。看完后觉得Shader就这样，不算难。但是真正要实现一个特效时，又无从下手，就是这么神奇。收获还挺大的，学到了很多Shader方面的基本概念。以后有机会再回过头来看一看吧。
