Cg 程式設計/Unity/簡介

關於 Cg

Nvidia 的程式語言 Cg（C 代表圖形）是幾種常用的即時渲染著色語言之一（其他例子有 Direct3D 的 HLSL 和 OpenGL 的 GLSL）。這些著色語言用於程式設計著色器（即或多或少的小程式），這些著色器在 GPU（圖形處理單元）上執行，即計算機圖形系統的處理器——而不是計算機的 CPU（中央處理單元）。

GPU 是大規模並行處理器，非常強大。今天遊戲中和其它互動式圖形應用程式中的大多數即時圖形，如果沒有 GPU 都是不可能實現的。然而，為了充分利用 GPU 的效能，有必要直接對其進行程式設計。這意味著必須編寫可以由 GPU 執行的小程式（即著色器）。編寫這些著色器的程式語言是著色語言。Cg 就是其中之一。事實上，它是 GPU 的第一個高階著色語言之一，並且已在幾個 3D 圖形 API（應用程式程式設計介面）中實現，最重要的是 OpenGL 和 Direct3D。今天，它流行的主要原因是它與 HLSL 的相似性，HLSL 是微軟 Direct3D 的著色語言。在實踐中，Cg 和 HLSL 著色器之間通常沒有區別。

關於這本華夏公益教科書

這本書是為那些不喜歡程式設計也不喜歡數學的學生寫的。這本書的基本動機是觀察到，如果學生參與特定專案，他們學習程式設計環境、程式語言和 API 的動機要強得多。這些專案通常是在特定平臺上開發的，因此本書的方法是在遊戲引擎 Unity 中介紹 Cg。

本書的第 1 章到第 9 章包含帶工作示例的教程，這些示例會產生某些效果。請注意，這些教程假設您按照它們的呈現順序閱讀它們，即每個教程都假設您熟悉前一個教程中介紹的概念和技術。如果您不熟悉 Cg 或 Unity，您至少應該通讀第 1 章“基礎”中的教程。

關於可程式設計圖形管道和 Cg 語法的一般資訊包含在“關於可程式設計圖形管道和 Cg 語法”的附錄中。不熟悉 GPU 或 Cg 的讀者可能至少想瀏覽一下這部分內容，因為對該管道和 Cg 語法的基本瞭解對於理解教程非常有用。

關於 Cg 在 Unity 中的使用

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；mipmap 和法線貼圖可以自動計算；最常見的頂點屬性和一致變數是預定義的；OpenGL 和 Direct3D 狀態可以透過非常簡單的命令設定；等等。

可以在Unity 的下載頁面上為 Windows 和 MacOS 下載免費版本的 Unity。所有包含的教程都適用於免費版本。需要注意三點

首先，這些教程假設讀者對 Unity 有所瞭解。如果不是這樣，讀者應該參考 Unity 使用者指南的前三部分[1]（Unity 基礎、構建場景、資產匯入和建立）。
其次，Unity 不區分 Cg（Nvidia 的著色語言）和 HLSL（Direct3D 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 HLSL。
此外，Cg 由Nvidia 的 Cg 教程和Nvidia 的 Cg 語言規範進行文件化。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[2]側重於用 Unity 自己的“表面著色器”格式編寫的著色器，而 Cg/HLSL 中的著色器文件非常有限[3]。因此，在沒有 Cg 方面的先驗知識的情況下學習 Unity 中的 Cg 程式設計可能相當困難。本書試圖透過在不需要事先了解 Cg 的情況下提供 Unity 中的 Cg 程式設計簡介來彌合這一差距。

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馬丁·克勞斯，2013 年 3 月