Shader小白入门基础教程之固定管线（上）

今天跟大家分享Shader小白入门基础教程之固定管线（上）。在讲Shader之前，可能会问为什么游戏美术当中需要编程呢？这一点主要和两方面有关系，一方面是当前游戏美术的特征；另一方面就是当前游戏的一种说新不新但是很高效的开发模式。

首先各位看官要明白的是，游戏美术软件，如果借用WEB开发技术来讲，也有“前端”和“后台”之分。这里的“前端”是看得见的、直观的、简易的、可直接操作的；“后台”是指不能轻易看见的、不可轻易直接操作的以及隐性的。

举例来说，在你用Maya建模的时候，软件开发者将多个复杂的代码转化成一些功能和命令，这些功能命令在菜单中可以直接找到并在3D视图中直接参与使用；可是，在一些大型项目，尤其是国外独立项目和大型次时代开发项目中，建模师或是动画师，想要表现特别、复杂或是优化表现效果时，软件当中的已有功能不能满足需要，那么这时候就不得不进行魔改，对软件“底端”进行操作，用Maya Embedded Language（也就是Mel）脚本语言进行直接命令修改、设计。

没有编程基础的，很少能做到Mel编程。但是为什么门槛高还要有人去做呢，就在于“高门槛”带来“高回报”。有了这样的技术，可以让你基本达到“为所欲为”的目的：）：有的，可以增强画面表现效果，让人惊叹“你是如何做到的”；有的，则可以“一劳永逸”，将你的这段代码作为永久插件进行使用，在你日后的工作、创作中进行运用。

这也就是为什么技术美术（TA）可以给出更加丰厚的薪酬。

另一方面，就是和当前一种“说新不新”的游戏开发模式有关：Agile Game Development with Scrum，即Scrum敏捷游戏开发。这是一种相对于传统游戏开发流程的开发模式，它的核心就是“迭代”，确立一个小的开发周期，不断进行迭代开发。这种模式小巧、迅速且贴近市场风向，可以减低制作风险。这种开发模式，广泛的应用于当今游戏大厂和独立游戏制作人。为了在短时间内，制作出一个可交互式的游戏Demo，就需要“精兵简政”提高团队运作效率，一旦人少，那么每个人会承担额外工作，也要求美工需要多面能力，尤其是在引擎中实现美术资源与程序对接的关键环节。而类似Shader，就是其中必要的技术之一。

我相信，除了一线的工作人员、游戏爱好者，还有很多怀揣着独立游戏制作想法的朋友们。那么引擎、shader等相关的TA领域复合技术，会更为直接的帮助你们。

二、Fixed Function Shader

在前文中，我们已经了解unity中有三种shader，而今天介绍的Fixed Function Shader就是其中一种。字面意思来讲，FFshader就是固定功能的shader，是对硬件能执行的基本的命令进行编写的shader。这类shader功能很有限，但是速度却是最快的。在unity中官方文档中，介绍说，这种shader可以在当前所有硬件设备上正常运行。

FFshader涉及五方面内容Properties（属性）、Material（材质）、Lighting（光照）、Settexture（设置纹理）以及Pass（通道）。

在之前我们介绍了Unity当中ShaderLab的基本结构

回顾完之后，我们在unity中创建出一个Shader，这里创建的默认shader是unity中的Surface Shader。

这里面我们仔细观察unity给的默认shader中，是没有Pass通道的，这是为什么呢？在之前我们提到过，surface shader是对顶点和片段shader的包装，这里pass通道就是被包装进去了。

为了教学方便，现在我把Properties和Fallback块全删除，如下

针对FF，我们在subshader中要添加pass命令，去编写一个渲染通道。这里需要注意，我在shader名称前加了一个“Weg/”，是级联菜单命令的意思。如下图

pass命令中，第一个就是可以描述“颜色”，这个命令就是Color命令，这是个四维命令RGBA。这里我们进行实验，设置一个材质球，赋予该材质如图：

我们在视窗中建立一个Cube，再将材质托给他，我们就看到一个不透明的白色cube了。这里我们用四维数组对颜色进行指定，那么有没有更方便的颜色选取方式呢？有的，我们就需要Properties块了，如下图

这里我们在Properties中建立了“_Color”并将它复制到下方，这里注意，pass中的color命令如果用小括号，是指这个颜色是个固定值不变的；如果用中括号，就说明这是个参数值，是可以变的。

接下来我们看看材质菜单中有了什么变化，很明显，有了color选择面板，点击时可以弹出，材质在默认状态下是不透明白色状态。（随便改个色）

现在我们又发现，这正方体是一个平面效果，并没有三维立体的感觉，这个时候该怎么办呢？我们需要一个光照。这里我们需要用一个功能命令块——“Material”材质。针对表现效果，我们需要第一个属性：diffuse，这个是用来描述漫反射效果的，可以简单理解为一个物体的固有色。代码如下

但是呢，保存一下回去，我们发现一个问题，我们在面 color中，怎么改颜色，都还是纯白默认的样子，这是为什么呢？

这个，就是我在讲引擎材质的时候反复强调的一个概念：质和光。你现在有一个颜色的材质，但是没有光，那么一切事物都是没有颜色的，什么也看不见。所以我们要启用光照命令。我们在pass管道后输入“lighting on”命令，意思是这条渲染管道，需要开灯。如下

我们保存在回到界面，三维效果就出现了

我们再观察，还是觉得怪怪的，颜色太纯，尤其是暗部背光面是受环境光的影响的，从美术角度看就是现在颜色太死。怎么办呢，我们就需要ambient命令，代码如下

这时候我们切换回来，看到材质中多了ambient命令，并且我把它调到了粉色，会明显看到立方体暗部有粉色效果了

暗部效果有了，但是我们会想，如果这个方体是一个光滑物体，那么他应该有高光部分吧？那如何实现呢？这时我们就需要命令，specular，代码如下

我们保存检查，但是发现加了高光之后没什效果。这是因为在FFshader当中，如果你是用了Specular，就必须添加一个separatespecular，即镜面高光

添加代码如下

这时我们再回到界面，调节高光，就发现高光有了明显变化

可是呢，我事多，强度是有变化了，但是还没达到那种反光强度效果，肿么办呢？我们需要shininess一个锁点值（是一个浮点值），用来描述高光到底有多强。shininess是一个范围，我们要用到range给一个取值范围，我这里是给的0到8，默认为4。

之后我给出了两个对比图作为效果对比（我这里为了增加对比效果换成了球）

如果说，一个物体时自发光的怎么办呢？在FFshader中有一个命令，叫emssion，如下

如果说emission设置为白色，就是全曝光，那么什么效果都没了，那么我降低自发光强度，于是就会出现如下效果

今天我们讲到了一些命令，诸如diffuse、specular、ambient等等，各位看官会觉得这些个单词好熟悉啊，在8猴啊、3Dmax啊还有Maya啊，好像都见过。没错，你的感觉很对。Shader已经将大家初步带进了整个游戏视觉领域最深的部分——计算机图形图像学。他们是一个个数学模型构建的函数，来模拟真实的自然界效果。

有了他们，才有了令人惊艳的次世代效果模型、游戏画面。所以，这就是为什么一些核心大厂敢于自创IP，就在于拥有这些底层核心技术人才，一个个惊艳的游戏效果才得以实现。如果看官想更有一番造诣，或是在建模上已经游刃有余还想得以提高，那么你下一步就是这些深刻的理论，比如实时渲染技术、PBR技术等等。有人说，这些没用，一般都不会使。这些技术有用与否，在于对自己的层次的定位和目的的选择，如果你能掌握shader、render甚至更深的一些知识，就实现了“质光结合”的材质飞跃，类似于庄子所提过的一个概念“无所恃”。请各位看官酌情适用~

来源：Thepoly 

作者：kinglary