Unity 是一款跨平臺(tái)的 3D 引擎摆霉，有著強(qiáng)大的渲染功能，并主要用于游戲開(kāi)發(fā)讼昆。
談到 Unity 的渲染功能蒙袍，我們不得不提及到著色器（Shader）——3D 游戲引擎中最重要的一個(gè)因素-,它在游戲效果以及畫(huà)面顯示方面起到了決定性的作用。Shader 編程也屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中一個(gè)重要的部分玄坦。
接下來(lái)讓我們從可編程渲染管線來(lái)了解 Shader 編程血筑。
渲染管線模型
3D 游戲以及 3D 模型通過(guò)渲染管線來(lái)渲染到 2D 的屏幕上。渲染管線的流程是在 GPU 中進(jìn)行的煎楣，它主要占有計(jì)算機(jī)的顯存部分豺总。渲染管線在這個(gè)過(guò)程中進(jìn)行了頂點(diǎn)處理、面處理择懂、光柵化喻喳、像素處理。
1）頂點(diǎn)處理
大多數(shù)接觸過(guò) 3D 圖形的人都知道3D 模型是通過(guò)眾多點(diǎn)構(gòu)成的面而展現(xiàn)出來(lái)的困曙。
頂點(diǎn)處理表伦，是通過(guò)一系列坐標(biāo)系的變換，讓各個(gè)頂點(diǎn)通過(guò)一定的規(guī)律在攝像機(jī)前位移慷丽，最終在屏幕上對(duì)應(yīng)這些頂點(diǎn)的過(guò)程蹦哼。
首先，物體的各個(gè)頂點(diǎn)從自身坐標(biāo)系要糊，通過(guò)世界變換矩陣處理轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系纲熏，再通過(guò)取景變換矩陣變換到觀察者坐標(biāo)系，最后通過(guò)投影變換锄俄，將頂點(diǎn)轉(zhuǎn)移到屏幕坐標(biāo)系局劲。
有一點(diǎn)大家會(huì)經(jīng)常忘記，在觀察者坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到投影坐標(biāo)系的過(guò)程中珊膜，GPU（圖形處理單元）還對(duì)材質(zhì)屬性和光照屬性進(jìn)行了處理容握。
2）面處理
三點(diǎn)成一面。面處理有三個(gè)部分：面的組裝车柠、面的截取剔氏、面的剔除。
面的組裝：模型中的三個(gè)點(diǎn)會(huì)組成一個(gè)三角形的面（非任意點(diǎn)竹祷，因?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)都有自己的編號(hào)）谈跛。這些面，面面相接塑陵，組成了我們能看到的模型感憾。
面的截取：由于攝像機(jī)和人眼一樣令花，可視的區(qū)域是一個(gè)錐形阻桅，模型在攝像機(jī)可視范圍內(nèi)可能并不是全覆蓋凉倚，也就是在攝像機(jī)外，這些在攝像機(jī)之內(nèi)的部分就會(huì)被截取嫂沉。
面的剔除：為了模擬肉眼稽寒，攝像機(jī)前的物體會(huì)出現(xiàn)近大遠(yuǎn)小的現(xiàn)象，那么物體和物體之間會(huì)有遮擋趟章，被遮擋的面會(huì)被剔除不處理杏糙；每個(gè)面都有法向量，所以只有在面的法向量和攝像機(jī)散射向量夾角大于90度的才會(huì)被攝像機(jī)捕捉到蚓土。
3）光柵化
光柵化宏侍，又稱之合并階段。它的主要功能是將面轉(zhuǎn)換成一幀中的像素集合蜀漆。
這一階段是不可以編程的谅河，它負(fù)責(zé)執(zhí)行多個(gè)片段測(cè)試，包括：深度測(cè)試嗜愈、alpha 測(cè)試和模板測(cè)試旧蛾，程序員可以通過(guò)高度配置來(lái)實(shí)現(xiàn)想要的效果莽龟。如果通過(guò)了所有的測(cè)試蠕嫁，這部分顏色就會(huì)與幀緩沖存儲(chǔ)的顏色通過(guò) alpha 混合函數(shù)進(jìn)行合并。
4）像素處理
這個(gè)階段將像素區(qū)域著色毯盈，然后賦予貼圖剃毒。
Shader 詳解
介紹完GPU 渲染管線之后赘阀，我們?cè)賮?lái)簡(jiǎn)單了解一下可編程著色器 Shader?——?圖形渲染里最有趣的部分。Shader 能讓渲染的圖形展示出水面效果脑奠、火焰的熱流效果基公、角色的虛化效果等視覺(jué)效果。
著色器可分為頂點(diǎn)著色器（VertexShader）宋欺、幾何著色器（Geometry Shader）和像素著色器（Pixel Shader）轰豆。它們從輸入的數(shù)據(jù)中取得一個(gè)元素，通過(guò)程序計(jì)算齿诞，變換為輸出數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)元素酸休。
頂點(diǎn)著色器輸入源為頂點(diǎn)，頂點(diǎn)包含其在自身坐標(biāo)系或世界坐標(biāo)系的位置和矢量信息祷杈，而輸出源為已通過(guò)變換和照明處理的頂點(diǎn)斑司，包含其投影坐標(biāo)系的信息。
幾何著色器的輸入源為一個(gè)有 n 個(gè)頂點(diǎn)的幾何圖元以及最多 n 個(gè)作為控制點(diǎn)的額外頂點(diǎn)但汞，輸出源則變成 0 或多個(gè)圖元宿刮。根據(jù)效果需要互站，這些圖元的可能和輸入的時(shí)候不同。
像素著色器輸入為頂點(diǎn)間的片段僵缺，這些片段所包含的信息來(lái)自于對(duì)三角形頂點(diǎn)信息的插值云茸，輸出成將要寫(xiě)到幀緩沖里的顏色。
結(jié)語(yǔ)
在游戲中谤饭，絢麗的場(chǎng)景和角色是怎么來(lái)的呢标捺？ 很簡(jiǎn)單，紋理數(shù)據(jù)以紋理坐標(biāo)（UV 坐標(biāo)）尋址的揉抵，而并非內(nèi)存地址亡容。通過(guò)著色器我們可以直接讀取紋理貼圖。
模型的頂點(diǎn)和紋理內(nèi)的 UV 坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)冤今，這樣闺兢，紋理就以一定的規(guī)則貼在了模型上。
以上就是對(duì)渲染管線的簡(jiǎn)單介紹戏罢，關(guān)于著色器語(yǔ)法且待下回分解屋谭。
本文作者：吳思淇（點(diǎn)融黑幫）， 現(xiàn)就職于點(diǎn)融Social team龟糕，一個(gè)熱愛(ài)游戲設(shè)計(jì)的web 前端程序猿一枚桐磁。
