本書不僅要教會(huì)讀者如何使用Unity Shader，更重要的是要幫助讀者學(xué)習(xí)Unity中的一些渲染機(jī)制以及如何使用Unity Shader實(shí)現(xiàn)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杰出游戲的心愿更近一步。
本書的主要內(nèi)容為：第1章講解了學(xué)習(xí)Unity Shader應(yīng)該從哪里著手；第2章講解了現(xiàn)代GPU是如何實(shí)現(xiàn)整個(gè)渲染流水線的，這對(duì)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(shí)現(xiàn)原理和基本語法；第4章學(xué)習(xí)Shader所需的數(shù)學(xué)知識(shí)，幫助讀者克服學(xué)習(xí)Unity Shader時(shí)遇到的數(shù)學(xué)障礙；第5章通過實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的頂點(diǎn)/片元著色器案例，講解常用的輔助技巧等；第6章學(xué)習(xí)如何在Shader中實(shí)現(xiàn)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(chǔ)紋理；第8章學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)透明度測試和透明度混合等透明效果；第9章講解復(fù)雜的光照實(shí)現(xiàn)；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(jí)紋理；第11章學(xué)習(xí)用Shader實(shí)現(xiàn)紋理動(dòng)畫、頂點(diǎn)動(dòng)畫等動(dòng)態(tài)效果；第12章講解了屏幕后處理效果的屏幕特效；第13章使用深度紋理和法線紋理實(shí)現(xiàn)更多屏幕特效；第14章講解非真實(shí)感渲染的算法，如卡通渲染、素描風(fēng)格的渲染等；第15章講解噪聲在游戲渲染中的應(yīng)用；第16章介紹了常見的優(yōu)化技巧；第17章介紹用表面著色器實(shí)現(xiàn)渲染；第18章講解基于物理渲染的技術(shù)；第19章講解在升級(jí)Unity 5時(shí)可能出現(xiàn)的問題，并給出解決方法；第20章介紹許多非常有價(jià)值的學(xué)習(xí)資料，以幫助讀者進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。
本書適合Unity初學(xué)者、游戲開發(fā)者、程序員，也可以作為大專院校相關(guān)專業(yè)師生的學(xué)習(xí)用書，以及培訓(xùn)學(xué)校的培訓(xùn)教材。
業(yè)內(nèi)專家撰寫，業(yè)界專家羅盛譽(yù)（風(fēng)宇沖）和宣雨松(MOMO)鼎力推薦的目前Unity Shader學(xué)習(xí)的**參考書
相比與國內(nèi)市場已有的介紹相關(guān)內(nèi)容的書籍和資料來說，本書有一些獨(dú)有的特色：
(1)內(nèi)容獨(dú)特。填補(bǔ)了Unity Shader和渲染流水線之間的知識(shí)鴻溝，對(duì)Unity中一些渲染機(jī)制的工作原理進(jìn)行詳細(xì)剖析，幫助讀者解決“是什么”“為什么”“怎么做”這三個(gè)基本問題。本書配合大量實(shí)例，來讓讀者在實(shí)踐中逐漸掌握Unity Shader的編寫。
(2)結(jié)構(gòu)連貫。在內(nèi)容編排上破費(fèi)心思，從基礎(chǔ)到進(jìn)階再到深入，解決讀者長期以來的學(xué)習(xí)煩惱。
(3)充分面向初學(xué)者。在本書的編寫過程中，我們一直在問自己，這么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，并在一些章節(jié)后提供了“答疑解惑”小節(jié)來解釋那些含糊不清而初學(xué)者又經(jīng)常疑問的問題。
(4)包含了Unity 5在渲染方面的新內(nèi)容。如多次介紹Unity 5中的新工具幀調(diào)試器（Frame Debugger），并借助該工具的幫助來理解Unity中的渲染過程。
(5)補(bǔ)充了大量延伸閱讀資料。在本書一些章節(jié)后提供了“擴(kuò)展閱讀”小節(jié)，讓那些希望更加深入學(xué)習(xí)某個(gè)方向的讀者可以在提供的資料中找到更多的學(xué)習(xí)內(nèi)容。
馮樂樂，一只喜歡計(jì)算機(jī)圖形的程序媛。上海交通大學(xué)軟件學(xué)院研究生，愛好寫shader，喜歡一切用計(jì)算機(jī)繪畫的技術(shù)。
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(jié)構(gòu) 3
第2章 渲染流水線 5
2．1 綜述 5
2．1．1 什么是流水線 5
2．1．2 什么是渲染流水線 6
2．2 CPU和GPU之間的通信 7
2．2．1 把數(shù)據(jù)加載到顯存中 7
2．2．2 設(shè)置渲染狀態(tài) 8
2．2．3 調(diào)用Draw Call 8
2．3 GPU流水線 9
2．3．1 概述 9
2．3．2 頂點(diǎn)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(shè)置 12
2．3．6 三角形遍歷 13
2．3．7 片元著色器 13
2．3．8 逐片元操作 14
2．3．9 總結(jié) 17
2．4 一些容易困惑的地方 18
2．4．1 什么是OpenGL/DirectX 18
2．4．2 什么是HLSL、GLSL、CG 19
2．4．3 什么是Draw Call 20
2．4．4 什么是固定管線渲染 22
2．5 那么，你明白什么是Shader了嗎 23
2．6 擴(kuò)展閱讀 23
第3章 Unity Shader基礎(chǔ) 24
3．1 Unity Shader概述 25
3．1．1 一對(duì)好兄弟：材質(zhì)和Unity Shader 25
3．1．2 Unity中的材質(zhì) 26
3．1．3 Unity中的Shader 26
3．2 Unity Shader的基礎(chǔ)：ShaderLab 28
3．3 Unity Shader的結(jié)構(gòu) 29
3．3．1 給我們的Shader起個(gè)名字 29
3．3．2 材質(zhì)和Unity Shader的橋梁：Properties 29
3．3．3 重量級(jí)成員：SubShader 31
3．3．4 留一條后路：Fallback 33
3．3．5 ShaderLab還有其他的
語義嗎 33
3．4 Unity Shader的形式 33
3．4．1 Unity的寵兒：表面著色器 34
3．4．2 最聰明的孩子：頂點(diǎn)/片元著
色器 35
3．4．3 被拋棄的角落：固定函數(shù)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
3．6．1 Unity Shader != 真正的Shader 36
3．6．2 Unity Shader和CG/HLSL之間的關(guān)系 37
3．6．3 我可以使用GLSL來寫嗎 38
3．7 擴(kuò)展閱讀 38
第4章 學(xué)習(xí)Shader所需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 39
4．1 背景：農(nóng)場游戲 39
4．2 笛卡兒坐標(biāo)系 40
4．2．1 二維笛卡兒坐標(biāo)系 40
4．2．2 三維笛卡兒坐標(biāo)系 41
4．2．3 左手坐標(biāo)系和右手坐標(biāo)系 42
4．2．4 Unity使用的坐標(biāo)系 44
4．2．5 練習(xí)題 45
4．3 點(diǎn)和矢量 45
4．3．1 點(diǎn)和矢量的區(qū)別 46
4．3．2 矢量運(yùn)算 47
4．3．3 練習(xí)題 53
4．4 矩陣 54
4．4．1 矩陣的定義 54
4．4．2 和矢量聯(lián)系起來 55
4．4．3 矩陣運(yùn)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(xí)題 61
4．5 矩陣的幾何意義：變換 62
4．5．1 什么是變換 62
4．5．2 齊次坐標(biāo) 63
4．5．3 分解基礎(chǔ)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(zhuǎn)矩陣 65
4．5．7 復(fù)合變換 66
4．6 坐標(biāo)空間 67
4．6．1 為什么要使用這么多不同的坐標(biāo)空間 68
4．6．2 坐標(biāo)空間的變換 68
4．6．3 頂點(diǎn)的坐標(biāo)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(jié) 85
4．7 法線變換 86
4．8 Unity Shader的內(nèi)置變量（數(shù)學(xué)篇） 87
4．8．1 變換矩陣 87
4．8．2 攝像機(jī)和屏幕參數(shù) 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
4．9．2 CG中的矢量和矩陣類型 89
4．9．3 Unity中的屏幕坐標(biāo)：ComputeScreenPos/VPOS/
WPOS 90
4．10 擴(kuò)展閱讀 93
4．11 練習(xí)題答案 93
第2篇 初級(jí)篇
第5章 開始Unity Shader學(xué)習(xí)之旅 100
5．1 本書使用的軟件和環(huán)境 100
5．2 一個(gè)最簡單的頂點(diǎn)/片元著色器 100
5．2．1 頂點(diǎn)/片元著色器的基本
結(jié)構(gòu) 101
5．2．2 模型數(shù)據(jù)從哪里來 103
5．2．3 頂點(diǎn)著色器和片元著色器之間如何通信 104
5．2．4 如何使用屬性 105
5．3 強(qiáng)大的援手：Unity提供的內(nèi)置文件和變量 107
5．3．1 內(nèi)置的包含文件 107
5．3．2 內(nèi)置的變量 109
5．4 Unity提供的CG/HLSL語義 109
5．4．1 什么是語義 109
5．4．2 Unity支持的語義 110
5．4．3 如何定義復(fù)雜的變量類型 110
5．5 程序員的煩惱：Debug 111
5．5．1 使用假彩色圖像 111
5．5．2 利用神器：Visual Studio 113
5．5．3 最新利器：幀調(diào)試器 113
5．6 小心：渲染平臺(tái)的差異 115
5．6．1 渲染紋理的坐標(biāo)差異 115
5．6．2 Shader的語法差異 116
5．6．3 Shader的語義差異 117
5．6．4 其他平臺(tái)差異 117
5．7 Shader整潔之道 117
5．7．1 float、half還是fixed 117
5．7．2 規(guī)范語法 118
5．7．3 避免不必要的計(jì)算 118
5．7．4 慎用分支和循環(huán)語句 119
5．7．5 不要除以0 119
5．8 擴(kuò)展閱讀 120
第6章 Unity中的基礎(chǔ)光照 121
6．1 我們是如何看到這個(gè)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
6．1．4 BRDF光照模型 123
6．2 標(biāo)準(zhǔn)光照模型 123
6．2．1 環(huán)境光 123
6．2．2 自發(fā)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(diǎn) 125
6．2．6 總結(jié) 125
6．3 Unity中的環(huán)境光和自發(fā)光 126
6．4 在Unity Shader中實(shí)現(xiàn)漫反射光照
模型 126
6．4．1 實(shí)踐：逐頂點(diǎn)光照 126
6．4．2 實(shí)踐：逐像素光照 129
6．4．3 半蘭伯特模型 130
6．5 在Unity Shader中實(shí)現(xiàn)高光反射
光照模型 131
6．5．1 實(shí)踐：逐頂點(diǎn)光照 132
6．5．2 實(shí)踐：逐像素光照 134
6．5．3 Blinn-Phong光照模型 135
6．6 召喚神龍：使用Unity內(nèi)置的
函數(shù) 136
第7章 基礎(chǔ)紋理 139
7．1 單張紋理 140
7．1．1 實(shí)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(shí)踐 148
7．2．4 Unity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(shí)踐 159
7．4．2 其他遮罩紋理 161
第8章 透明效果 162
8．1 為什么渲染順序很重要 163
8．2 Unity 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
8．6 ShaderLab的混合命令 173
8．6．1 混合等式和參數(shù) 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(jí)篇
第9章 更復(fù)雜的光照 180
9．1 Unity的渲染路徑 180
9．1．1 前向渲染路徑 182
9．1．2 頂點(diǎn)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
9．2 Unity的光源類型 188
9．2．1 光源類型有什么影響 189
9．2．2 在前向渲染中處理不同的
光源類型 190
9．3 Unity的光照衰減 195
9．3．1 用于光照衰減的紋理 196
9．3．2 使用數(shù)學(xué)公式計(jì)算衰減 196
9．4 Unity的陰影 196
9．4．1 陰影是如何實(shí)現(xiàn)的 197
9．4．2 不透明物體的陰影 198
9．4．3 使用幀調(diào)試器查看陰影繪制過程 202
9．4．4 統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)Unity Shader 209
第10章 高級(jí)紋理 210
10．1 立方體紋理 210
10．1．1 天空盒子 210
10．1．2 創(chuàng)建用于環(huán)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． GrabPass 224
10．3 程序紋理 225
10．3．1 在Unity中實(shí)現(xiàn)簡單的程序
紋理 225
10．3．2 Unity的程序材質(zhì) 228
第11章 讓畫面動(dòng)起來 230
11．1 Unity Shader中的內(nèi)置變量
（時(shí)間篇） 230
11．2 紋理動(dòng)畫 230
11．2．1 序列幀動(dòng)畫 230
11．2．2 滾動(dòng)的背景 233
11．3 頂點(diǎn)動(dòng)畫 234
11．3．1 流動(dòng)的河流 234
11．3．2 廣告牌 236
11．3．3 注意事項(xiàng) 239
第4篇 高級(jí)篇
第12章 屏幕后處理效果 244
12．1 建立一個(gè)基本的屏幕后處理腳本
系統(tǒng) 244
12．2 調(diào)整屏幕的亮度、飽和度和
對(duì)比度 246
12．3 邊緣檢測 249
12．3．1 什么是卷積 249
12．3．2 常見的邊緣檢測算子 249
12．3．3 實(shí)現(xiàn) 250
12．4 高斯模糊 253
12．4．1 高斯濾波 253
12．4．2 實(shí)現(xiàn) 254
12．5 Bloom效果 259
12．6 運(yùn)動(dòng)模糊 263
12．7 擴(kuò)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 背后的原理 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(yùn)動(dòng)模糊 272
13．3 全局霧效 276
13．3．1 重建世界坐標(biāo) 276
13．3．2 霧的計(jì)算 278
13．3．3 實(shí)現(xiàn) 278
13．4 再談邊緣檢測 283
13．5 擴(kuò)展閱讀 287
第14章 非真實(shí)感渲染 288
14．1 卡通風(fēng)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(shí)現(xiàn) 290
14．2 素描風(fēng)格的渲染 293
14．3 擴(kuò)展閱讀 296
14．4 參考文獻(xiàn) 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(kuò)展閱讀 309
15．5 參考文獻(xiàn) 309
第16章 Unity中的渲染優(yōu)化技術(shù) 310
16．1 移動(dòng)平臺(tái)的特點(diǎn) 310
16．2 影響性能的因素 311
16．3 Unity中的渲染分析工具 312
16．3．1 認(rèn)識(shí)Unity 5的渲染統(tǒng)計(jì)
窗口 312
16．3．2 性能分析器的渲染區(qū)域 313
16．3．3 再談幀調(diào)試器 313
16．3．4 其他性能分析工具 314
16．4 減少draw call數(shù)目 314
16．4．1 動(dòng)態(tài)批處理 315
16．4．2 靜態(tài)批處理 316
16．4．3 共享材質(zhì) 318
16．4．4 批處理的注意事項(xiàng) 318
16．5 減少需要處理的頂點(diǎn)數(shù)目 319
16．5．1 優(yōu)化幾何體 319
16．5．2 模型的LOD技術(shù) 319
16．5．3 遮擋剔除技術(shù) 320
16．6 減少需要處理的片元數(shù)目 320
16．6．1 控制繪制順序 320
16．6．2 時(shí)刻警惕透明物體 321
16．6．3 減少實(shí)時(shí)光照和陰影 321
16．7 節(jié)省帶寬 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(jì)算復(fù)雜度 323
16．8．1 Shader的LOD技術(shù) 323
16．8．2 代碼方面的優(yōu)化 323
16．8．3 根據(jù)硬件條件進(jìn)行縮放 324
16．9 擴(kuò)展閱讀 324
第5篇 擴(kuò)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(gè)例子 328
17．2 編譯指令 330
17．2．1 表面函數(shù) 330
17．2．2 光照函數(shù) 330
17．2．3 其他可選參數(shù) 331
17．3 兩個(gè)結(jié)構(gòu)體 332
17．3．1 數(shù)據(jù)來源：Input結(jié)構(gòu)體 332
17．3．2 表面屬性：SurfaceOutput
結(jié)構(gòu)體 333
17．4 Unity背后做了什么 334
17．5 表面著色器實(shí)例分析 336
17．6 Surface Shader的缺點(diǎn) 341
第18章 基于物理的渲染 342
18．1 PBS的理論和數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 342
18．1．1 光是什么 343
18．1．2 雙向反射分布函數(shù)
（BRDF） 344
18．1．3 漫反射項(xiàng) 345
18．1．4 高光反射項(xiàng) 346
18．1．5 Unity中的PBS實(shí)現(xiàn) 347
18．2 Unity 5的Standard Shader 348
18．2．1 它們是如何實(shí)現(xiàn)的 348
18．2．2 如何使用Standard Shader 349
18．3 一個(gè)更加復(fù)雜的例子 352
18．3．1 設(shè)置光照環(huán)境 352
18．3．2 放置反射探針 355
18．3．3 調(diào)整材質(zhì) 356
18．3．4 線性空間 356
18．4 答疑解惑 357
18．4．1 什么是全局光照 357
18．4．2 什么是伽馬校正 358
18．4．3 什么是HDR 361
18．4．4 那么，PBS適合什么樣的
游戲 362
18．5 擴(kuò)展閱讀 363
18．6 參考文獻(xiàn) 363
第19章 Unity 5更新了什么 365
19．1 場景“更亮了” 365
19．2 表面著色器更容易“報(bào)錯(cuò)了” 365
19．3 當(dāng)家做主：自己控制非統(tǒng)一縮放的
網(wǎng)格 366
19．4 固定管線著色器逐漸退出舞臺(tái) 366
第20章 還有更多內(nèi)容嗎 368
20．1 如果你想深入了解渲染的話 368
20．2 世界那么大 369
20．3 參考文獻(xiàn) 369
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