業內專家撰寫，業界專家羅盛譽（風宇衝）和宣雨松(MOMO)鼎力推薦的目前Unity Shader學習的**參考書

相比與國內市場已有的介紹相關內容的書籍和資料來說，本書有一些獨有的特色：

(1)內容獨特。填補了Unity Shader和渲染流水線之間的知識鴻溝，對Unity中一些渲染機制的工作原理進行詳細剖析，幫助讀者解決“是什麼”“為什麼”“怎麼做”這三個基本問題。本書配合大量實例，來讓讀者在實踐中逐漸掌握Unity Shader的編寫。

(2)結構連貫。在內容編排上破費心思，從基礎到進階再到深入，解決讀者長期以來的學習煩惱。

(3)充分面向初學者。在本書的編寫過程中，我們一直在問自己，這麼寫到底讀者能不能看懂？為此，提供了大量的圖示配合以文字說明，並在一些章節後提供了“答疑解惑”小節來解釋那些含糊不清而初學者又經常疑問的問題。

(4)包含了Unity 5在渲染方面的新內容。如多次介紹Unity 5中的新工具幀調試器（Frame Debugger），並借助該工具的幫助來理解Unity中的渲染過程。

(5)補充了大量延伸閱讀資料。在本書一些章節後提供了“擴展閱讀”小節，讓那些希望更加深入學習某個方向的讀者可以在提供的資料中找到更多的學習內容。

內 容 提 要
本書不僅要教會讀者如何使用Unity Shader，更重要的是要幫助讀者學習Unity中的一些渲染機制以及如何使用Unity Shader實現各種自定義的渲染效果，希望這本書可以為讀者打開一扇新的大門，讓讀者離制作心目中傑出遊戲的心願更近一步。
本書的主要內容為：第1章講解了學習Unity Shader應該從哪裡著手；第2章講解了現代GPU是如何實現整個渲染流水線的，這對理解Shader的工作原理有著非常重要的作用；第3章講解Unity Shader的實現原理和基本語法；第4章學習Shader所需的數學知識，幫助讀者克服學習Unity Shader時遇到的數學障礙；第5章通過實現一個簡單的頂著色器案例，講解常用的輔助技巧等；第6章學習如何在Shader中實現基本的光照模型；第7章講述了如何在Unity Shader中使用法線紋理、遮罩紋理等基礎紋理；第8章學習如何實現透明度測試和透明度混合等透明效果；第9章講解復雜的光照實現；第10章講解在Unity Shader中使用立方體紋理、渲染紋理和程序紋理等高級紋理；第11章學習用Shader實現紋理動畫、頂點動畫等動態效果；第12章講解了屏幕後處理效果的屏幕特效；第13章使用深度紋理和法線紋理實現更多屏幕特效；第14章講解非真實感渲染的算法，如卡通渲染、素描風格的渲染等；第15章講解噪聲在遊戲渲染中的應用；第16章介紹了常見的優化技巧；第17章介紹用表面著色器實現渲染；第18章講解基於物理渲染的技術；第19章講解在升級Unity 5時可能出現的問題，並給出解決方法；第20章介紹許多非常有價值的學習資料，以幫助讀者進行更深入的學習。
本書適合Unity初學者、遊戲開發者、程序員，也可以作為大專院校相關專業師生的學習用書，以及培訓學校的培訓教材。

馮樂樂，一隻喜歡計算機圖形的程序媛。上海交通大學軟件學院研究生，愛好寫shader，喜歡一切用計算機繪畫的技術。

第1篇基礎篇

第1章歡迎來到Shader的世界2
1．1程序員的三大浪漫2
1．2本書結構3

第2章渲染流水線5
2．1綜述5
2．1．1什麼是流水線5
2．1．2什麼是渲染流水線6
2．2CPU和GPU之間的通信7
2．2．1把數據加載到顯存中7
2．2．2設置渲染狀態8
2．2．3調用Draw Call8
2．3GPU流水線9
2．3．1概述9
2．3．2頂點著色器10
2．3．3裁剪11
2．3．4屏幕映射11
2．3．5三角形設置12
2．3．6三角形遍歷13
2．3．著色器13
2．3．8操作14
2．3．9總結17
2．4一些容易困惑的地方18
2．4．1什麼是OpenGL/DirectX18
2．4．2什麼是HLSL、GLSL、CG19
2．4．3什麼是Draw Call20
2．4．4什麼是固定管線渲染22
2．5那麼，你明白什麼是Shader了嗎23
2．6擴展閱讀23

第3章Unity Shader基礎24
3．1Unity Shader概述25
3．1．1一對好兄弟：材質和Unity Shader25
3．1．2Unity中的材質26
3．1．3Unity中的Shader26
3．2Unity Shader的基礎：ShaderLab28
3．3Unity Shader的結構29
3．3．1給我們的Shader起個名字29
3．3．2材質和Unity Shader的橋梁：Properties29
3．3．3重量級成員：SubShader31
3．3．4留一條後路：Fallback33
3．3．5ShaderLab還有其他的
語義嗎33
3．4Unity Shader的形式33
3．4．1Unity的寵兒：表面著色器34
3．4．2最聰明的孩子：頂著
色器35
3．4．3被拋棄的角落：固定函數著
色器35
3．4．4選擇哪種Unity Shader形式36
3．5本書使用的Unity Shader形式36
3．6答疑解惑36
3．6．1Unity Shader != 真正的Shader36
3．6．2Unity Shader和CG/HLSL之間的關繫37
3．6．3我可以使用GLSL來寫嗎38
3．7擴展閱讀38

第4章學習Shader所需的數學基礎39
4．1背景：農場遊戲39
4．2笛卡兒坐標繫40
4．2．1二維笛卡兒坐標繫40
4．2．2三維笛卡兒坐標繫41
4．2．3左手坐標繫和右手坐標繫42
4．2．4Unity使用的坐標繫44
4．2．5練習題45
4．3點和矢量45
4．3．1點和矢量的區別46
4．3．2矢量運算47
4．3．3練習題53
4．4矩陣54
4．4．1矩陣的定義54
4．4．2和矢量聯繫起來55
4．4．3矩陣運算55
4．4．4特殊的矩陣57
4．4．5行矩陣還是列矩陣60
4．4．6練習題61
4．5矩陣的幾何意義：變換62
4．5．1什麼是變換62
4．5．2齊次坐標63
4．5．3分解基礎變換矩陣63
4．5．4平移矩陣64
4．5．5縮放矩陣64
4．5．6旋轉矩陣65
4．5．7復合變換66
4．6坐標空間67
4．6．1為什麼要使用這麼多不同的坐標空間68
4．6．2坐標空間的變換68
4．6．3頂點的坐標空間變換過程72
4．6．4模型空間73
4．6．5世界空間73
4．6．6觀察空間75
4．6．7裁剪空間77
4．6．8屏幕空間83
4．6．9總結85
4．7法線變換86
4．8Unity Shader的內置變量（數學篇）87
4．8．1變換矩陣87
4．8．2攝像機和屏幕參數88
4．9答疑解惑89
4．9．1使用3×3還是4×4的
變換矩陣89
4．9．2CG中的矢量和矩陣類型89
4．9．3Unity中的屏幕坐標：ComputeScreenPos/VPOS/
WPOS90
4．10擴展閱讀93
4．11練習題答案93
第2篇初級篇

第5章開始Unity Shader學習之旅100
5．1本書使用的軟件和環境100
5．2一個最簡單的頂著色器100
5．2．1頂著色器的基本
結構101
5．2．2模型數據從哪裡來103
5．2．3頂點著色著色器之間如何通信104
5．2．4如何使用屬性105
5．3強大的援手：Unity提供的內置文件和變量107
5．3．1內置的包含文件107
5．3．2內置的變量109
5．4Unity提供的CG/HLSL語義109
5．4．1什麼是語義109
5．4．2Unity支持的語義110
5．4．3如何定義復雜的變量類型110
5．5程序員的煩惱：Debug111
5．5．1使用假彩色圖像111
5．5．2利用神器：Visual Studio113
5．5．3最新利器：幀調試器113
5．6小心：渲染平臺的差異115
5．6．1渲染紋理的坐標差異115
5．6．2Shader的語法差異116
5．6．3Shader的語義差異117
5．6．4其他平臺差異117
5．7Shader整潔之道117
5．7．1float、half還是fixed117
5．7．2規範語法118
5．7．3避免不必要的計算118
5．7．4慎用分支和循環語句119
5．7．5不要除以0119
5．8擴展閱讀120

第6章Unity中的基礎光照121
6．1我們是如何看到這個世界的121
6．1．1光源121
6．1．2吸收和散射122
6．1．3著色122
6．1．4BRDF光照模型123
6．2標準光照模型123
6．2．1環境光123
6．2．2自發光124
6．2．3漫反射124
6．2．4高光反射124
6．2．5逐像素還是逐頂點125
6．2．6總結125
6．3Unity中的環境光和自發光126
6．4在Unity Shader中實現漫反射光照
模型126
6．4．1實踐：逐頂點光照126
6．4．2實踐：逐像素光照129
6．4．3半蘭伯特模型130
6．5在Unity Shader中實現高光反射
光照模型131
6．5．1實踐：逐頂點光照132
6．5．2實踐：逐像素光照134
6．5．3Blinn-Phong光照模型135
6．6召喚神龍：使用Unity內置的
函數136

第7章基礎紋理139
7．1單張紋理140
7．1．1實踐140
7．1．2紋理的屬性142
7．2凹凸映射146
7．2．1高度紋理146
7．2．2法線紋理146
7．2．3實踐148
7．2．4Unity中的法線紋理類型154
7．3漸變紋理155
7．4遮罩紋理158
7．4．1實踐159
7．4．2其他遮罩紋理161

第8章透明效果162
8．1為什麼渲染順序很重要163
8．2Unity Shader的渲染順序164
8．3透明度測試165
8．4透明度混合169
8．5開啟深度寫入的半透明效果171
8．6ShaderLab的混合命令173
8．6．1混合等式和參數173
8．6．2混合操作174
8．6．3常見的混合類型175
8．7雙面渲染的透明效果176
8．7．1透明度測試的雙面渲染176
8．7．2透明度混合的雙面渲染176
第3篇中級篇

第9章更復雜的光照180
9．1Unity的渲染路徑180
9．1．1前向渲染路徑182
9．1．2頂點照明渲染路徑185
9．1．3延遲渲染路徑186
9．1．4選擇哪種渲染路徑188
9．2Unity的光源類型188
9．2．1光源類型有什麼影響189
9．2．2在前向渲染中處理不同的
光源類型190
9．3Unity的光照衰減195
9．3．1用於光照衰減的紋理196
9．3．2使用數學公式計算衰減196
9．4Unity的陰影196
9．4．1陰影是如何實現的197
9．4．2不透明物體的陰影198
9．4．3使用幀調試器查看陰影繪制過程202
9．4．4統一管理光照衰減和陰影204
9．4．5透明度物體的陰影206
9．5本書使用的標準Unity Shader209

第10章高級紋理210
10．1立方體紋理210
10．1．1天空盒子210
10．1．2創建用於環境映射的立方體
紋理212
10．1．3反射213
10．1．4折射215
10．1．5菲涅耳反射217
10．2渲染紋理219
10．2．1鏡子效果219
10．2．2玻璃效果220
10．2．3渲染紋理 vs． GrabPass224
10．3程序紋理225
10．3．1在Unity中實現簡單的程序
紋理225
10．3．2Unity的程序材質228

第11章讓畫面動起來230
11．1Unity Shader中的內置變量
（時間篇）230
11．2紋理動畫230
11．2．1序列幀動畫230
11．2．2滾動的背景233
11．3頂點動畫234
11．3．1流動的河流234
11．3．2廣告牌236
11．3．3注意事項239
第4篇高級篇

第12章屏幕後處理效果244
12．1建立一個基本的屏幕後處理腳本
繫統244
12．2調整屏幕的亮度、飽和度和
對比度246
12．3邊緣檢測249
12．3．1什麼是卷積249
12．3．2常見的邊緣檢測算子249
12．3．3實現250
12．4高斯模糊253
12．4．1高斯濾波253
12．4．2實現254
12．5Bloom效果259
12．6運動模糊263
12．7擴展閱讀266

第13章使用深度和法線紋理267
13．1獲取深度和法線紋理267
13．1．1背後的原理267
13．1．2如何獲取269
13．1．3查看深度和法線紋理271
13．2再談運動模糊272
13．3全局霧效276
13．3．1重建世界坐標276
13．3．2霧的計算278
13．3．3實現278
13．4再談邊緣檢測283
13．5擴展閱讀287

第14章非真實感渲染288
14．1卡通風格的渲染288
14．1．1渲染輪廓線288
14．1．2添加高光289
14．1．3實現290
14．2素描風格的渲染293
14．3擴展閱讀296
14．4參考文獻297

第15章使用噪聲298
15．1消融效果298
15．2水波效果302
15．3再談全局霧效305
15．4擴展閱讀309
15．5參考文獻309

第16章Unity中的渲染優化技術310
16．1移動平臺的特點310
16．2影響性能的因素311
16．3Unity中的渲染分析工具312
16．3．1認識Unity 5的渲染統計
窗口312
16．3．2性能分析器的渲染區域313
16．3．3再談幀調試器313
16．3．4其他性能分析工具314
16．4減少draw call數目314
16．4．1動態批處理315
16．4．2靜態批處理316
16．4．3共享材質318
16．4．4批處理的注意事項318
16．5減少需要處理的頂點數目319
16．5．1優化幾何體319
16．5．2模型的LOD技術319
16．5．3遮擋剔除技術320
16．6減少需要處數目320
16．6．1控制繪制順序320
16．6．2時刻警惕透明物體321
16．6．3減少實時光照和陰影321
16．7帶寬322
16．7．1減少紋理大小322
16．7．2利用分辨率縮放323
16．8減少計算復雜度323
16．8．1Shader的LOD技術323
16．8．2代碼方面的優化323
16．8．3根據硬件條件進行縮放324
16．9擴展閱讀324
第5篇擴展篇

第17章Unity的表面著色器探秘328
17．1表面著色器的一個例子328
17．2編譯指令330
17．2．1表面函數330
17．2．2光照函數330
17．2．3其他可選參數331
17．3兩個結構體332
17．3．1數據來源：Input結構體332
17．3．2表面屬性：SurfaceOutput
結構體333
17．4Unity背後做了什麼334
17．5表面著色器實例分析336
17．6Surface Shader的缺點341

第18章基於物理的渲染342
18．1PBS的理論和數學基礎342
18．1．1光是什麼343
18．1．2雙向反射分布函數
（BRDF）344
18．1．3漫反射項345
18．1．4高光反射項346
18．1．5Unity中的PBS實現347
18．2Unity 5的Standard Shader348
18．2．1它們是如何實現的348
18．2．2如何使用Standard Shader349
18．3一個更加復雜的例子352
18．3．1設置光照環境352
18．3．2放置反射探針355
18．3．3調整材質356
18．3．4線性空間356
18．4答疑解惑357
18．4．1什麼是全局光照357
18．4．2什麼是伽馬校正358
18．4．3什麼是HDR361
18．4．4那麼，PBS適合什麼樣的
遊戲362
18．5擴展閱讀363
18．6參考文獻363

第19章Unity 5更新了什麼365
19．1場景“更亮了”365
19．2表面著色器更容易“報錯了”365
19．3當家做主：自己控制非統一縮放的
網格366
19．4固定管線著色器逐漸退出舞臺366

第20章還有更多內容嗎368
20．1如果你想深入了解渲染的話368
20．2世界那麼大369
20．3參考文獻369