Cg 程式設計/Unity

在遊戲引擎 Unity 中進行 Cg 程式設計比為 OpenGL 或 Direct3D 應用程式進行 Cg 程式設計要容易得多。網格和影像（即紋理）的匯入由圖形使用者介面支援；可以自動計算 mipmap 和法線貼圖；大多數常見的頂點屬性和統一變數都是預定義的；OpenGL 和 Direct3D 狀態可以透過非常簡單的命令來設定；等等。

準備工作

可以在 Unity 的下載頁面 下載適用於 Windows 和 MacOS 的 Unity 免費版本。所有包含的教程都適用於免費版本。需要注意幾點

• 首先，這部分內容介紹了 Unity 標準 3D 內建管線中的頂點和片段著色器。這種著色器程式設計特別靈活，允許您編寫非常高效的著色器，這在渲染效能有限的情況下（例如，在移動裝置上）通常很重要。它對於影像特效和了解 GPU 的總體工作原理也非常有用。如果需要考慮 Unity 的標準光照，則頂點和片段著色器的程式設計用處不大。（在這種情況下，在 Unity 中首選使用表面著色器和著色器圖。）
• 其次，這部分內容假設讀者對 Unity 有一定的瞭解。如果不是這樣，讀者應該查閱 Unity 手冊的前幾節內容（Unity 基礎、資源工作流程 和 主要視窗）。
• 第三，Unity 不區分 Cg（Nvidia 的著色語言）和 DirectX 9 樣式的 HLSL（Direct3D 9 中的著色語言），因為這兩種語言非常相似；因此，這些教程中的大多數也適用於 DirectX 9 樣式的 HLSL。
• 此外，Cg 由 Nvidia 的 Cg 教程 和 Nvidia 的 Cg 語言規範 進行記錄。但是，這些描述缺少 Unity 特定的細節。另一方面，Unity 的著色器文件 側重於 Unity 的 ShaderLab 語法，並假設讀者熟悉 Cg。因此，在沒有 Cg 先驗知識的情況下學習 Unity 中的 Cg 程式設計可能相當困難。本華夏公益教科書試圖透過提供 Unity 中 Cg 程式設計的入門教程來彌合這一差距，而無需 Cg 的先驗知識。

教程

請注意，教程假設您按照此處顯示的順序閱讀它們，即每個教程都假設您熟悉前面教程中介紹的概念和技術。如果您是 Cg 或 Unity 的新手，您至少應該通讀“基礎”部分中的教程。（現在您已經得到警告了！）

基礎

• 最小著色器（關於著色器、材質和遊戲物件）
• RGB 立方體（關於頂點輸出引數）
• 著色器除錯（關於頂點輸入引數）
• 世界空間中的著色（關於統一變數）

透明表面

• 剖面圖（關於丟棄片段和三角形面剔除）
• 透明度（關於混合）
• 與順序無關的透明度（關於與順序無關的混合）
• 輪廓增強（關於變換法線向量）

基礎光照

• 漫反射（關於每個頂點的漫反射光照和不同型別的多個光源）
• 鏡面高光（關於每個頂點的光照）
• 雙面表面（關於雙面每個頂點的光照）
• 平滑鏡面高光（關於每個畫素的光照）
• 雙面平滑表面（關於雙面每個畫素的光照）
• 多個光源（關於用於在一個著色器通道中處理多個光源的 for 迴圈）

基礎紋理

• 紋理球體（關於紋理球體）
• 光照紋理表面（關於用於漫反射光照的紋理）
• 光澤紋理（關於光澤貼圖）
• 透明紋理（關於使用 alpha 紋理丟棄片段、alpha 測試和混合）
• 紋理層（關於多紋理）

3D 紋理

• 凹凸表面的光照（關於法線貼圖）
• 凹凸表面的投影（關於視差貼圖）
• 置換貼圖（關於頂點著色器中的紋理查詢）
• 光餅（關於用於塑造光線的投影紋理對映）
• 投影儀（關於用於投影儀的投影紋理對映）

環境對映

• 反射表面（關於反射對映）
• 彎曲玻璃（關於折射對映）
• 天空盒（關於將環境貼圖渲染為背景）

• 多光源（關於基於影像的光照）

光照的變體

• 拉絲金屬（關於各向異性鏡面反射）
• 輪廓處的鏡面高光（關於鏡面反射的菲涅爾係數）
• 天空光的漫反射（關於半球光照）
• 半透明表面（關於背光漫反射和前向散射透射）
• 半透明物體（關於對比度降低的漫反射光照以及輪廓處漫反射背光的透射）
• 球體的軟陰影（關於渲染球體的本影和半影）
• 卡通渲染（關於非真實感渲染）

非標準頂點變換

• 螢幕疊加（關於從物體空間到螢幕空間的直接變換）
• 公告板（關於物體的視點對齊投影）
• 物體輪廓（關於使用模板緩衝區放大物體以渲染輪廓）
• 非線性變形（關於頂點混合）
• 平面上的陰影（關於將陰影投影到平面上）

影像特效和計算著色器

• 最小影像特效（關於使用片段著色器進行基本的影像後期處理）
• 計算影像特效（關於使用計算著色器進行影像特效）
• 計算顏色直方圖（關於使用計算著色器計算顏色直方圖）
• 計算最亮畫素（關於使用計算著色器查詢最亮畫素）

其他

• 貝塞爾曲線（關於二次貝塞爾曲線和樣條曲線）
• 埃爾米特曲線（關於三次埃爾米特曲線和樣條曲線）
• 旋轉（關於尤拉角和四元數）
• 虛擬現實投影（關於離軸透視投影）
• 鏡子（關於使用渲染紋理渲染平面鏡）
• 傳送門（關於使用模板緩衝區渲染到另一個場景的傳送門或魔法鏡頭）

缺失教程

Unity 的基本功能

• 霧
• 光照貼圖
• 粒子
• 光暈
• 球諧光照
• 使用 ReadPixels 生成立方體紋理
• Unity 圖形管線

最佳化著色器

• 每頂點計算與每片段計算
• 混合和丟棄（以及 Alpha 測試）
• 變數精度
• 紋理取樣
• 其他建議

其他主題

• [stub:] 水反射和折射（關於水）
• 陰影貼圖
• Z 優先順序
• 色鍵
• 發光線條
• 球體環境光遮蔽（來自天空光的球體軟陰影）
• 水波（過程法線貼圖）
• 曲面鏡（光線追蹤反射）
• 無模板緩衝區的陰影體積
• 動畫精靈
• 過程紋理（噪聲）
• 閃光效果

連結

• Unity 著色器參考：http://docs.unity3d.com/Manual/SL-Reference.html
• Unity 社群 Wiki 中的著色器：http://wiki.unity3d.com/index.php/Shaders
• Unity 使用者論壇關於著色器：http://forum.unity3d.com/forums/16-ShaderLab
• 圖形方面的影片教程：http://unity3d.com/learn/tutorials/topics/graphics
• 關於 SIGGRAPH 上著色器最佳化演示的部落格文章：http://blogs.unity3d.com/2011/08/18/fast-mobile-shaders-talk-at-siggraph/

< Cg 程式設計

除非另有說明，否則本頁面上的所有示例原始碼均授予公有領域。