【Unity】Shader Forge插件入門教程

說明：現在Unity2018都提供了官方的ShaderGraph，建議學新不學舊，學官方不學第三方。——2018.6.21

一．安裝說明

~下載

1. Unity Asset Store購買並下載https://www.assetstore.unity3d.com/en/#!/content/14147
2. 其他渠道下載ShaderForge Package。

~安裝

1. 將Package導入到Unity。
2. Unity引擎菜單欄：Windows標簽->Shader Forge打開插件使用界面

二．界面說明

~打開插件后的界面

 

New Shader：新建一個Shader文件

Load Shader：導入已有的Shader文件

PolyCount thread：PolyCount頁面

Unity：Unity Forum的頁面，在Unity Asset Store上架的資源在Unity Forum均有頁面，有問題可以去里面提問。

Node Documentation：Shader Forge中的節點說明文檔（重要）

Wiki：Shader Forge的維基文檔

 

~選擇New Shader后的界面

 

Unlit：無光照的Shader模板，選擇此模板，使用該Shader的材質將不受光照影響。

Lit(PBR)：符合Unity PBR的Shader模板，采用基於物理的光照模型。

Lit(Basic)：使用Blinn-Phong光照模型的Shader模板。

Custom Lighting：自定義光照Shader，在此Shader模板中實現自己的光照模型。

Sprite：2D精靈Shader模板，基於2D。

Particle(Additive)：主要應用在發光效果的粒子Shader。

Particle(Alpha-Blended)：主要應用在細碎效果的粒子Shader，如風沙。

Particle(Multiplicative)：主要應用在昏暗效果的粒子Shader，如黑煙。

Sky：天空。

Post-Effect：屏幕空間后期處理Shader

 

~以選擇Unlit模板進入的界面來說明

 

紅框區域為Shader的通道，黑色的通道為該Shader模板激活的通道，灰色通道為該Shader模板凍結的通道。只有激活的通道可以連接節點。

紅框區域常用通道：

Diffuse：漫反射

Specular：鏡面反射

Normal：法線

Emission：自發光

Opacity：不透明度

橙色區域為節點，圖中的節點是新建Shader后默認連接的Color節點。

黃色區域為預覽窗口，用來觀察Shader效果。

黃色區域上方屬性：

Return to menu：返回界面1。

Settings：Shader Forge界面的一些設置，講解見后文。

Compile shader：編譯為.shader文件，編譯成功按鈕為綠色，編譯不成功or改動后按鈕為紅色。

Auto：是否自動編譯shader，建議選中。

黃色區域內屬性：

屬性1：選擇預覽的模型。

屬性2：預覽窗口的背景色。

Skybox：選擇天空盒，在不受天空影響的模板中被凍結。

Rotate：選中后模型自動旋轉。

紫色區域為相關屬性選擇列表，講解見后文。

三．簡單案例

根據目前移動平台的依舊廣泛使用Blinn-Phong光照模型的特點，我們選擇Lit(Basic)模板，來制作一個移動平台的Shader。通過簡單的制作流程，來了解Shader Forge的基本使用。

 

以上效果可以分解為漫反射通道制作，法線通道制作，高光通道制作，描邊制作。

具體步驟：

1. 選擇New Shader，在新界面中選擇Lit(Basic)模板，修改你的文件名並選擇文件路徑確定。
2. 預覽窗口中的預覽模型使用默認的球體，背景色改為白色，選中Rotate。
3. 在節點編輯窗口中，鼠標左鍵拖動視圖，將節點以及通道調整的合適的位置。
4. 鼠標右鍵菜單中Properties->Texture2D，選中並在節點視窗生成一個Texture2D節點。（在Settings中，選中show node browser panel可以在屏幕右側面板快速選中。）鼠標左鍵拖動到Color節點附近。
5. 選中Texture2D節點，點擊節點上出現的Select按鈕，在出現的窗口中選擇一張漫反射紋理貼圖。
6. 選中Color節點，點擊節點上出現的顏色選擇按鈕，在出現的色盤中選擇顏色。
7. Arithemtic->Multiply生成一個Multiply（乘）節點，將Color和Texture2D的RGB輸出引腳分別拖動連接到Multiply的A，B兩個輸入引腳上。（節點的右側引腳為輸出引腳，左側引腳為輸入引腳。連接方式為：節點1輸出引腳——節點2輸入引腳or通道）
8. 調整三個節點的位置，Alt+鼠標左鍵框選三個節點並移動到通道附近，將Multiply的輸出引腳連接到Diffuse通道上。
9. 點擊Compile Shader，建議Auto。這時可以看到預覽窗口中已經有了紋理疊加顏色后的效果了。（color1*color2，等同於Photoshop中的正片疊底效果。）
10. 重復步驟4生成一個Texture2D節點，重復步驟5選擇一張法線貼圖。
11. 勾選Texture2D節點上的Normal map，並將上方的White改為Bump。（Normal map使用法線貼圖必勾選，White修改為Bump使得在材質編輯器中選擇一張Texture Type為Default類型的紋理時，會提醒你是否修復為Normal map。）
12. 將法線紋理節點的RGB引腳連接到Normal通道上。預覽窗口中的模型將表現出法線的凹凸效果，可以鼠標右鍵移動光源觀察。
13. 重復步驟4生成一個Texture2D節點，重復步驟5選擇一張高光貼圖。
14. 將法線紋理節點的RGB/R/G/B/A引腳連接到Specular通道上。（高光貼圖如果只占用一個通道，那就只選擇相應的通道引腳連接。）
15. Constant Vectors->Value，生成一個Value節點，輸入0.05並連接到Outline Width通道，此時預覽窗口可以看到黑色的輪廓邊緣。
16. Properties->Color，生成一個Color節點並修改顏色，連接到Outline Color通道，此時預覽窗口可以看到相應顏色的輪廓邊緣。
17. 在左下角的屬性選擇列表區域，點開Properties標簽，修改節點的名稱（英文）。（或者在節點上方的label里修改。）里面每個屬性標簽都將暴露在材質編輯器界面供美術進行參數調節，修改的名稱則是你在材質編輯器中看到屬性名稱。
18. 上下拖動標簽可以改變屬性的順序。

但是調節邊緣寬度的屬性並沒有暴露出去

1. 將Value節點連接到Outline Width的線斷開（Alt+鼠標右鍵），使用Properties->Value替換該節點。（Constant Vectors->Value生成的Value節點是常量，不可修改，也就不會暴露給編輯器。）
2. 回到Unity，選擇.shader文件並create material。

 

基礎操作和講解見官方入門指南http://www.neatcorporation.com/Projects/ShaderForge/Media/ShaderForge_QuickStart-sc.pdf

更多案例詳見官方教程文檔

http://acegikmo.com/shaderforge/tutorials/

 

四．節點

 

節點在Shader Forge里面分為以上幾個大類。

1. Arithmetic：包含各種數學計算公式。常用abs（絕對值），Max/Min（最大/最小值），OneMinus（1-），Lerp（線性插值），Floor（向下取整），Multiply（乘）。
2. Constant Vectors：常數變量，一維到四維以及4*4矩陣，不會暴露給材質編輯器。
3. Properties：包含暴露給材質編輯器的各種屬性。常用Color，Texture2D。
4. UV Operations：針對UV的相關操作。
5. Geometry Data：包括了幾何體的輸入數據，包括模型的UV，法線方向，世界坐標等等。
6. Lighting：光照的相關數據，主要用於Custom Lighting Shader模板中。
7. External Data：其他數據，包括視點位置，屏幕參數，時間等。
8. Scene Data：場景數據，包括fog顏色，場景深度等信息。
9. Math Constants：數學常量，如π。
10. Trigonometry：三角函數。
11. Code：代碼塊，函數塊。
12. Utility：略。

節點詳述請參考節點文檔：http://acegikmo.com/shaderforge/nodes/?lang=zh_cn

五．屬性列表

Shader Settings標簽

Path：文件路徑，可修改。

Fallback：在運行平台硬件不支持該shader的情況下，選擇替代shader。

Allow using atlased sprites：2D開發使用，3D默認即可。

Draw call batching：批處理繪制調用，默認Enable。

Inspector preview mode：3D/2D/sky，制作的什么類型選什么。

Target renderers：目標渲染器，如無特殊需求，默認。

 

Properties標簽

 

在此標簽修改暴露給材質編輯器的屬性名稱（英文），順序以及默認值。

Lighting標簽

Render Path：渲染路徑，正向渲染或延遲渲染，移動平台選擇正向渲染即可。

Light Mode：光照模型，對應不同的Shader模板。分別是無光照（UnLit模板）、Blinn-Phong光照模型，Phong光照模型，PBL（基於物理光照，Lit（PBR）模板）。

Gloss Mode：使用光澤度還是粗糙度模型，根據自己需要。

Transparent Mode：透明度模式，淡出or反射。

Remap gloss from [0,1] to [1,2048]：重映射光澤度從[0,1]到[1,2048]。

Enery Conversing：能量守恆，PBR需要勾選。

Lighting Count：光源數量，單一定向光（太陽光）or多重光源

Lightmap & light probes：燈光貼圖&燈光探針。

Per-pixel light probe sampling：逐像素光照探針采樣。

Reflection probe support：支持反射探針。

Receive Ambient Light：是否接受環境光。

Mask directional light specular by shadows：定向光高光是否被陰影遮擋。

 

Geometry標簽

 

Face Culling：面剔除，默認是剔除背面，可選剔除正面，也選擇雙面渲染。

Normal Quality：法線質量，插值或歸一化，默認使用歸一化。

Vertex Positioning：頂點位置，世界空間or裁剪空間or廣告牌（法線面向攝像機）。

Normal Space：法線空間選擇，切線or建模or世界，默認切線空間。

Vertex offset mode：頂點偏移模式，相對偏移or絕對偏移。基於模型空間的頂點偏移叫做相對偏移，世界空間的頂點偏移叫做絕對偏移。

Tessellation Mode：細分模式，一般不需要用到細分，DirectX11特性。

Outline Extrude Direction：描邊擠出方向，一般都是沿着頂點法線方向。

Per-pixel screen coodinates：逐像素屏幕坐標。

Show 2D sprite pixel snap option in material：在材質中顯示2D精靈像素單元設置，3D開發忽略。

 

Blending標簽

Blend Mode:混合模式，如果是不透明的就選擇Opaque，其余根據需要選擇。

Source*_+Destination*_：源*_+目標*_，決定了源圖像與目標圖像以哪種方式混合。

Color Mask：顏色遮罩，需要過濾的通道取消選擇。

Dithered alpha clip：抖動透明裁剪，開or關。

Offset Factor：偏移因子。

Offset Units：偏移單位。

Per-object refraction/scene color (expensive):

Receive Fog：應用霧。

Auto Sort：自動排序，如需手動改變排序，在Order中改變數值。數值越小，在渲染隊列越靠前。

Depth Test：深度測試。

Ignore Projectors：忽略投影器。

Write to Depth buffer：是否寫入深度緩存。

Stencil Buffer：是否開啟模板緩存。

 

Settings內容

Real-time node rendering：實時節點渲染，是否開啟看需求。

Using scroll in the quickpicker：在快速拾取中使用滾動。

Show variable name & precision：顯示變量名和精度，看需求開啟。

Show node browser panel：顯示節點瀏覽面板，是否開啟看個人習慣。

Hierarchal Node Move：層次節點移動。

六．優化

1. 節點盡量精簡。
2. 浮點精度降低，開啟Show variable name & precision后，每個節點會顯示變量名稱和精度。針對移動平台，需要降低浮點精度以符合GPU的需求。Float/Half/Fixed精度分別為32/16/11位。常規顏色使用fixed，包括紋理數據；短向量，方向，模型空間坐標以及高動態范圍顏色用half；世界空間坐標，紋理坐標，以及需要復雜計算的三角函數，指數冪函數計算使用float。
3. 計算過程中，盡量避免數據類型轉換。