Shader小白入門基礎教程之固定管線（上）

今天跟大家分享Shader小白入門基礎教程之固定管線（上）。在講Shader之前，可能會問為什麼遊戲美術當中需要編程呢？這一點主要和兩方麵有關係，一方麵是當前遊戲美術的特征；另一方麵就是當前遊戲的一種說新不新但是很高效的開發模式。

首先各位看官要明白的是，遊戲美術軟件，如果借用WEB開發技術來講，也有“前端”和“後台”之分。這裏的“前端”是看得見的、直觀的、簡易的、可直接操作的；“後台”是指不能輕易看見的、不可輕易直接操作的以及隱性的。

舉例來說，在你用Maya建模的時候，軟件開發者將多個複雜的代碼轉化成一些功能和命令，這些功能命令在菜單中可以直接找到並在3D視圖中直接參與使用；可是，在一些大型項目，尤其是國外獨立項目和大型次時代開發項目中，建模師或是動畫師，想要表現特別、複雜或是優化表現效果時，軟件當中的已有功能不能滿足需要，那麼這時候就不得不進行魔改，對軟件“底端”進行操作，用Maya Embedded Language（也就是Mel）腳本語言進行直接命令修改、設計。

沒有編程基礎的，很少能做到Mel編程。但是為什麼門檻高還要有人去做呢，就在於“高門檻”帶來“高回報”。有了這樣的技術，可以讓你基本達到“為所欲為”的目的：）：有的，可以增強畫麵表現效果，讓人驚歎“你是如何做到的”；有的，則可以“一勞永逸”，將你的這段代碼作為永久插件進行使用，在你日後的工作、創作中進行運用。

這也就是為什麼技術美術（TA）可以給出更加豐厚的薪酬。

另一方麵，就是和當前一種“說新不新”的遊戲開發模式有關：Agile Game Development with Scrum，即Scrum敏捷遊戲開發。這是一種相對於傳統遊戲開發流程的開發模式，它的核心就是“迭代”，確立一個小的開發周期，不斷進行迭代開發。這種模式小巧、迅速且貼近市場風向，可以減低製作風險。這種開發模式，廣泛的應用於當今遊戲大廠和獨立遊戲製作人。為了在短時間內，製作出一個可交互式的遊戲Demo，就需要“精兵簡政”提高團隊運作效率，一旦人少，那麼每個人會承擔額外工作，也要求美工需要多麵能力，尤其是在引擎中實現美術資源與程序對接的關鍵環節。而類似Shader，就是其中必要的技術之一。

我相信，除了一線的工作人員、遊戲愛好者，還有很多懷揣著獨立遊戲製作想法的朋友們。那麼引擎、shader等相關的TA領域複合技術，會更為直接的幫助你們。

二、Fixed Function Shader

在前文中，我們已經了解unity中有三種shader，而今天介紹的Fixed Function Shader就是其中一種。字麵意思來講，FFshader就是固定功能的shader，是對硬件能執行的基本的命令進行編寫的shader。這類shader功能很有限，但是速度卻是最快的。在unity中官方文檔中，介紹說，這種shader可以在當前所有硬件設備上正常運行。

FFshader涉及五方麵內容Properties（屬性）、Material（材質）、Lighting（光照）、Settexture（設置紋理）以及Pass（通道）。

在之前我們介紹了Unity當中ShaderLab的基本結構

回顧完之後，我們在unity中創建出一個Shader，這裏創建的默認shader是unity中的Surface Shader。

這裏麵我們仔細觀察unity給的默認shader中，是沒有Pass通道的，這是為什麼呢？在之前我們提到過，surface shader是對頂點和片段shader的包裝，這裏pass通道就是被包裝進去了。

為了教學方便，現在我把Properties和Fallback塊全刪除，如下

針對FF，我們在subshader中要添加pass命令，去編寫一個渲染通道。這裏需要注意，我在shader名稱前加了一個“Weg/”，是級聯菜單命令的意思。如下圖

pass命令中，第一個就是可以描述“顏色”，這個命令就是Color命令，這是個四維命令RGBA。這裏我們進行實驗，設置一個材質球，賦予該材質如圖：

我們在視窗中建立一個Cube，再將材質托給他，我們就看到一個不透明的白色cube了。這裏我們用四維數組對顏色進行指定，那麼有沒有更方便的顏色選取方式呢？有的，我們就需要Properties塊了，如下圖

這裏我們在Properties中建立了“_Color”並將它複製到下方，這裏注意，pass中的color命令如果用小括號，是指這個顏色是個固定值不變的；如果用中括號，就說明這是個參數值，是可以變的。

接下來我們看看材質菜單中有了什麼變化，很明顯，有了color選擇麵板，點擊時可以彈出，材質在默認狀態下是不透明白色狀態。（隨便改個色）

現在我們又發現，這正方體是一個平麵效果，並沒有三維立體的感覺，這個時候該怎麼辦呢？我們需要一個光照。這裏我們需要用一個功能命令塊——“Material”材質。針對表現效果，我們需要第一個屬性：diffuse，這個是用來描述漫反射效果的，可以簡單理解為一個物體的固有色。代碼如下

但是呢，保存一下回去，我們發現一個問題，我們在麵 color中，怎麼改顏色，都還是純白默認的樣子，這是為什麼呢？

這個，就是我在講引擎材質的時候反複強調的一個概念：質和光。你現在有一個顏色的材質，但是沒有光，那麼一切事物都是沒有顏色的，什麼也看不見。所以我們要啟用光照命令。我們在pass管道後輸入“lighting on”命令，意思是這條渲染管道，需要開燈。如下

我們保存在回到界麵，三維效果就出現了

我們再觀察，還是覺得怪怪的，顏色太純，尤其是暗部背光麵是受環境光的影響的，從美術角度看就是現在顏色太死。怎麼辦呢，我們就需要ambient命令，代碼如下

這時候我們切換回來，看到材質中多了ambient命令，並且我把它調到了粉色，會明顯看到立方體暗部有粉色效果了

暗部效果有了，但是我們會想，如果這個方體是一個光滑物體，那麼他應該有高光部分吧？那如何實現呢？這時我們就需要命令，specular，代碼如下

我們保存檢查，但是發現加了高光之後沒什效果。這是因為在FFshader當中，如果你是用了Specular，就必須添加一個separatespecular，即鏡麵高光

添加代碼如下

這時我們再回到界麵，調節高光，就發現高光有了明顯變化

可是呢，我事多，強度是有變化了，但是還沒達到那種反光強度效果，腫麼辦呢？我們需要shininess一個鎖點值（是一個浮點值），用來描述高光到底有多強。shininess是一個範圍，我們要用到range給一個取值範圍，我這裏是給的0到8，默認為4。

之後我給出了兩個對比圖作為效果對比（我這裏為了增加對比效果換成了球）

如果說，一個物體時自發光的怎麼辦呢？在FFshader中有一個命令，叫emssion，如下

如果說emission設置為白色，就是全曝光，那麼什麼效果都沒了，那麼我降低自發光強度，於是就會出現如下效果

今天我們講到了一些命令，諸如diffuse、specular、ambient等等，各位看官會覺得這些個單詞好熟悉啊，在8猴啊、3Dmax啊還有Maya啊，好像都見過。沒錯，你的感覺很對。Shader已經將大家初步帶進了整個遊戲視覺領域最深的部分——計算機圖形圖像學。他們是一個個數學模型構建的函數，來模擬真實的自然界效果。

有了他們，才有了令人驚豔的次世代效果模型、遊戲畫麵。所以，這就是為什麼一些核心大廠敢於自創IP，就在於擁有這些底層核心技術人才，一個個驚豔的遊戲效果才得以實現。如果看官想更有一番造詣，或是在建模上已經遊刃有餘還想得以提高，那麼你下一步就是這些深刻的理論，比如實時渲染技術、PBR技術等等。有人說，這些沒用，一般都不會使。這些技術有用與否，在於對自己的層次的定位和目的的選擇，如果你能掌握shader、render甚至更深的一些知識，就實現了“質光結合”的材質飛躍，類似於莊子所提過的一個概念“無所恃”。請各位看官酌情適用~

來源：Thepoly 

作者：kinglary