【Unity Shader学习笔记】（五）Unity Shader初识
一、Shader是什么？
Shader（着色器）是一段运行在GPU（图形处理器）上的特殊程序，它用于控制渲染管线的特定阶段，最终决定物体在屏幕上的最终颜色和效果。与传统运行在CPU上的程序不同，Shader以其高度并行化的处理方式而设计，能够同时对数百万个顶点或像素进行计算。
二、Shader的制作方式
1、代码编写
开发者直接使用ShaderLab和HLSL代码编写.shader文件。这是最传统、最灵活的方式。
优点：
极致灵活与控制力：可以实现任何你能想象到的效果。
性能优化：可以对代码进行极致的优化，避免不必要的计算。
深度理解：有助于深入理解图形渲染管线的工作原理。
缺点：
学习曲线陡峭：需要掌握ShaderLab语法、HLSL语言和图形学数学知识。
调试困难：GPU调试比CPU调试更复杂。
迭代速度慢：修改代码、编译、再查看效果，流程相对繁琐。
2、可视化节点编辑
在图形化界面中，通过连接各种功能节点来创建着色器，无需直接编写代码。Unity的Shader Graph和UE的Material Editor是典型代表。
优点：
直观易用：视觉效果即时可见，逻辑关系清晰。
快速迭代：通过拖拽和连接节点可以快速尝试不同的效果组合。
低代码/无代码：艺术家和技术美术（TA）可以不依赖程序员独立制作复杂材质。
缺点：
灵活性受限：无法实现某些极其特殊或底层的效果。
可能性能开销：自动生成的代码可能不如手写代码优化得那么好（但通常足够好）。
三、可视化节点编辑
1、Shader Forge（着色器锻造）
Shader Forge是Unity资产商店中第一个获得巨大成功的可视化着色器编辑器。在Unity早期没有官方解决方案的时代，它让无数美术师和程序员摆脱了手写ShaderLab代码的痛苦，极大地推动了Unity社区的材质表现力。
特点：
内置管线专家：它几乎完全为Unity的内置渲染管线设计，在其鼎盛时期功能非常强大和易用。
用户友好：界面直观，学习曲线相对平缓，对新手非常友好。
现状：随着Unity推出可编程渲染管线（SRP），Shader Forge的作者最终决定不再对其进行更新以支持SRP**。开发者逐渐转向新的工具，Shader Forge现已完全停止维护，成为一个“历史遗产”工具。
2、Amplify Shader Editor (ASE)
在Shader Forge逐渐没落而Shader Graph尚未成熟之时，Amplify Shader Editor抓住了机会。它迅速增加了对SRP的支持，成为了一个同时支持内置管线和SRP的强大桥梁，吸引了大量用户。
特点：
跨管线兼容：这是其最核心的竞争力。你可以用ASE为内置管线、URP和HDRP创建着色器，对于需要跨多个项目或正在从内置管线向SRP迁移的团队来说，这是一个巨大的优势。
功能强大且灵活：ASE提供了极其丰富的节点库和深度功能，许多高级功能和自定义选项甚至比初期的Shader Graph更强大。它支持更复杂的着色器类型和技巧。
自定义节点：用户可以编写自己的自定义节点，扩展性极强。
持续更新：开发团队非常活跃，持续跟进Unity的新版本和新功能，并修复问题。
3、Unity Shader Graph（官方）
Shader Graph是Unity Technologies官方推出的解决方案，是其可编程渲染管线（SRP） 战略的核心组成部分之一。它的出现意味着可视化着色器编辑不再是社区外挂，而是Unity官方支持的一等公民。
特点：
官方与原生集成：这是其最大的优势。它与Unity编辑器深度集成，保证与最新版本的URP/HDRP完全兼容。新功能（如Decal、Ray Tracing）会首先在Shader Graph中得到支持。
免费：随Unity版本免费提供，无需额外付费。
为SRP而生：它与URP/HDRP的渲染架构和 lighting model (光照模型) 紧密结合。例如，HDRP的Lit主节点直接提供了复杂的PBR属性堆栈。
未来性：Unity的所有新功能和优化都会优先向Shader Graph倾斜。它是Unity未来发展的明确方向。
初期功能相对简单：在发展初期，其功能丰富度不如ASE，但经过多个版本的迭代，现在功能已经非常强大，满足了绝大多数需求。
4、总结与选择指南
| 你的情况 | 推荐工具 |
|---|---|
| 全新项目，使用 URP/HDRP | ✅ Unity Shader Graph (免费、官方、未来-proof) |
| 需要同时支持内置管线和SRP | ✅ Amplify Shader Editor (跨管线能力是核心优势) |
| 需要ASE的某些高级独家功能 | ✅ Amplify Shader Editor (功能强大灵活) |
| 维护老旧内置管线项目，且原项目用了SF | ⚠️ Shader Forge (仅限维护，新功能勿用) |
| 任何其他新项目 | ✅ Unity Shader Graph |
四、Shaderlab的几种形式
在Unity中，.shader文件根据其复杂度和用途，主要有以下几种形式：
1、固定函数着色器 (Fixed Function Shader)
用于描述非常古老的、不支持可编程渲染管线的显卡（如DX7之前的硬件）。它通过一系列类似Material、Lighting On这样的命令来设置固定状态，而不是编写程序。已完全过时，仅用于学习或支持极老的平台，现代项目中不应使用。
2、表面着色器 (Surface Shader)
Unity自身提供的一种高级抽象的着色器编写框架。开发者只需定义一个“表面函数”来描述材质的表面属性（如漫反射颜色、法线、高光等），Unity会自动帮你生成处理复杂光照（如正向、延迟渲染）所需的顶点着色器和多个片元着色器通道。
优点：编写光照Shader极其简单快捷，无需关心不同光源类型（平行光、点光源等）的渲染细节。
缺点：生成的代码量庞大，不易优化，对渲染管线的控制力最弱。主要适用于内置渲染管线。
3、顶点片元着色器 (Vertex-Fragment Shader)
最灵活、最底层的手写着色器形式。开发者需要完全自己编写顶点着色器和片元着色器函数。
优点：完全的控制权，可以实现任何自定义效果，性能优化空间最大。适用于内置管线和SRP。
缺点：需要手动处理光照（如果需要），编写复杂度最高。
五、Shaderlab模版
在Unity中创建新的Shader文件时，它会提供几个内置模板，这些模板为你搭建好了不同形式Shader的基本结构。
创建路径：Project视图 -> 右键 -> Create -> Shader
常见模版：
Standard Surface Shader：创建一个基于物理渲染（PBR）的表面着色器模板，适用于内置管线。
Unlit Shader：创建一个顶点片元着色器模板，但它不包含任何光照计算，只受纹理和颜色影响。这是学习编写顶点片元着色器的最佳起点。
Image Effect Shader：用于创建全屏后处理效果的模板，它通常只有一个片元着色器，对渲染后的图像进行二次处理。
Compute Shader：它不是用来直接渲染物体的，而是用于在GPU上执行通用并行计算。
Ray Tracing Shader：仅在High Definition Render Pipeline (HDRP) 项目中可用。这些模板用于在HDRP中实现实时光线追踪效果。它们定义了光线追踪管线中不同阶段的行为。
总结与选择指南：
| 你的目标 | 应选择的模板 |
|---|---|
| 在内置管线中做一个会反光的金属/木头材质 | Standard -> Standard Surface Shader |
| 做一个发光的特效或不受光照影响的UI | Unlit -> Unlit Shader |
| 在GPU上模拟粒子或处理大量数据 | Compute Shader |
| 在HDRP项目中实现超真实的反射或全局光照 | HDRP -> 对应的 Raytracing Shader |
| 学习Shader编程的基础原理 | Unlit -> Unlit Shader（从最简单的开始） |