介紹Shader的概念

Shader 是計算機圖形學中的一種程式，用於控制圖形處理器（GPU）如何渲染圖像。Shader 負責定義物體的外觀，包括顏色、光照、陰影等效果。理解 Shader 的概念對於創建複雜的視覺效果和優化渲染性能至關重要。

1. Shader 的基本概念

Shader 是一段用於在 GPU 上執行的程式碼，通常用於以下幾個方面：

• 顯示顏色和光澤：定義物體表面的顏色、亮度、反射等屬性。
• 處理光照和陰影：計算光源如何影響物體的外觀，包括陰影和高光。
• 創建特效：如水面反射、模糊、光暈等效果。

2. Shader 的類型

在 Unity 和其他圖形引擎中，Shader 主要分為以下幾種類型：

• Vertex Shader（頂點著色器）：處理每個頂點的數據。負責計算頂點的位置、顏色、法線等。這是渲染管線的第一個階段。

• Fragment Shader（片段著色器）：處理每個像素的顏色。負責計算最終顯示的顏色，包括混合、光照、紋理映射等。這是渲染管線的最後一個階段。

• Geometry Shader（幾何著色器）：處理頂點組成的圖形（如三角形、線段）。可以生成新的幾何形狀，如在模型上添加更多細節。

• Compute Shader（計算著色器）：用於處理通用計算任務，如粒子系統或模擬。它們不直接參與渲染過程，而是用於進行大量的並行計算。

3. Shader 的工作流程

Shader 的工作流程通常涉及以下步驟：

1. 頂點處理（Vertex Processing）：使用頂點著色器計算頂點在屏幕上的位置和屬性（如顏色和法線）。

2. 圖形組合（Primitive Assembly）：將處理過的頂點組合成圖形（如三角形）。

3. 光柵化（Rasterization）：將圖形轉換為像素。

4. 片段處理（Fragment Processing）：使用片段著色器計算每個像素的顏色，處理紋理映射、光照等。

5. 混合和輸出（Blending and Output）：將計算出來的顏色與現有的顏色進行混合，然後輸出到顯示屏上。

4. Shader 的編寫

在 Unity 中，你可以使用 ShaderLab 語言來編寫 Shader。ShaderLab 是 Unity 的一種專用語言，允許你在 Cg/HLSL 中編寫著色器程式碼。以下是一個簡單的 Shader 範例：

Shader "Custom/SimpleShader"
{
    Properties
    {
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            struct appdata_t
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float4 color : COLOR;
            };

            struct v2f
            {
                float4 pos : POSITION;
                float4 color : COLOR;
            };

            uniform float4 _Color;

            v2f vert (appdata_t v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.color = v.color * _Color;
                return o;
            }

            half4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                return i.color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

這個 Shader 做了以下幾點：

• 定義了一個顏色屬性 _Color。
• 在 vert 函數中，計算頂點位置並將顏色與 _Color 相乘。
• 在 frag 函數中，返回最終的顏色。

5. Shader 的應用

• 材質（Materials）：Shader 通常與材質結合使用。材質是用於設定物體外觀的資源，可以指定使用哪個 Shader 以及 Shader 的參數。

• 效果和優化：Shader 可以用於實現各種視覺效果，如反射、折射、模糊等。同時，優化 Shader 可以提升渲染性能，特別是在處理大量物件或複雜效果時。

6. 小結

Shader 是控制 GPU 如何渲染圖像的核心程式。了解 Shader 的基本概念和類型，可以幫助你創建更複雜和更具吸引力的視覺效果。無論是簡單的顏色顯示還是複雜的光影效果，Shader 都是實現這些效果的關鍵工具。