關(guān)于《Thinking in Unity3D》
筆者在研究和使用Unity3D的過(guò)程中，獲得了一些Unity3D方面的信息，同時(shí)也感嘆Unity3D設(shè)計(jì)之精妙。不得不說(shuō)，筆者最近幾年的引擎研發(fā)工作中，早已習(xí)慣性的從Unity3D中尋找解決方案。
Unity3D雖比不上UE那么老練沉穩(wěn)，氣勢(shì)磅礴。也比不上CE那樣炫麗多姿，盛氣凌人。但它的發(fā)展勢(shì)如破竹，早已遍地生花！故而在此記錄一些自己的心得體會(huì)，供大家參詳交流。若有欠妥之處，還望各位及時(shí)指正。
《Thinking in Unity3D》由一系列文章組成，文章列表地址：http://www.cnblogs.com/geniusalex/p/5321545.html
什么是材質(zhì)？
材質(zhì)是一個(gè)相對(duì)廣泛的概念，不同的專業(yè)領(lǐng)域有不同的定義。 在此也不一一舉例說(shuō)明了，我們只說(shuō)在3D游戲引擎中，材質(zhì)的定義。
材質(zhì)的本質(zhì)定義，是指能夠描述一個(gè)物體的顯示外觀的一系列數(shù)據(jù)。它包括幾個(gè)方面
1、渲染狀態(tài)
??? 渲染狀態(tài)是指早期的setRenderState那一套東西。比如，前后面裁剪，是否開啟混合，混合因子等等。
2、著色方式
??? 著色方式，在固定管線年代，是通過(guò)一系列的API進(jìn)設(shè)置。 在可編程管線年代。就對(duì)應(yīng)的是我們的著色器代碼。
3、參數(shù)
??? 不管是固定管線還是非固定管線，我們都可以設(shè)置一些參數(shù)用于著色計(jì)算。比如顏色，光源信息等等
4、紋理貼圖
??? 紋理貼圖是表現(xiàn)一個(gè)物體表現(xiàn)的顏色細(xì)節(jié)的必不可少的東西。就是一張張圖片。
有了上面的這些數(shù)據(jù)后，我們就可以根據(jù)一定的運(yùn)算規(guī)則，將一個(gè)幾何體的質(zhì)感顯示為我們想要的樣子。
材質(zhì)系統(tǒng)的常見需求
一個(gè)工具或者系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不可能是憑空而出的。 一定是根據(jù)需求和經(jīng)驗(yàn)的積累，才形成了我們今天這種“材質(zhì)系統(tǒng)”的概念。 說(shuō)到這里，那么我們常見的材質(zhì)系統(tǒng)需要做到什么樣子呢。
一、模板 + 實(shí)例
材質(zhì)是一個(gè)模板，通過(guò)對(duì)某一個(gè)材質(zhì)進(jìn)行實(shí)例化，指定不同的數(shù)據(jù)和貼圖，就可以讓物體表現(xiàn)出不同的顯示效果。 和Class + Object的關(guān)系很像。
二、多Pass
有時(shí)候，我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)一個(gè)繪制效果，靠單次繪制是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。比如描邊效果。 這就要求我們單個(gè)物體能夠在進(jìn)行繪制的時(shí)候，多次提交材質(zhì)并繪制。
三、多Technique
多Technique是指一個(gè)材質(zhì)中，應(yīng)該包含不只一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案。 這樣當(dāng)我們進(jìn)行材質(zhì)更替，或者進(jìn)行高中低端機(jī)適配的時(shí)候。 就不會(huì)那么麻煩。 同時(shí)在數(shù)據(jù)管理上，也顯得更為規(guī)范。
四、高中低端機(jī)適配
高中低端機(jī)適配是一個(gè)很重要的特性，因?yàn)橥婕业臋C(jī)型不可能是一樣的。 在需要保證效率的情況下，我們很多時(shí)候需要降低物體渲染的復(fù)雜度。在《3D游戲中的畫質(zhì)與效率適配》一文中。筆者也描述過(guò)，有兩種方案。 一種是通過(guò)宏定義，一種是動(dòng)態(tài)切換Technique。
總結(jié)下來(lái)，就是說(shuō)一個(gè)材質(zhì)模板文件應(yīng)該像這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)
Unity3D中的材質(zhì)系統(tǒng)
在說(shuō)到Unity3D中的材質(zhì)系統(tǒng)的時(shí)候，我們先來(lái)看一下我們創(chuàng)建一個(gè)材質(zhì)需要做的事情。
一、創(chuàng)建一個(gè)Shader并編寫出自己想要的效果
二、創(chuàng)建一個(gè)Material并將這個(gè)Material的Shader指定為自己的材質(zhì)
三、為這個(gè)Material設(shè)置參數(shù)，賦上貼圖等
四、將創(chuàng)建好的Material拖到對(duì)象上
我們?cè)賮?lái)看一個(gè)典型的Shader應(yīng)該具備的內(nèi)容
我們可以看到。 每一個(gè)Shader有多個(gè)SubShader，每一個(gè)SubShader有多個(gè)Pass。 這樣看起來(lái)和我們前面提到的MaterialTemplate結(jié)構(gòu)幾乎一致。
而在Unity3D中。Shader就是材質(zhì)模版。 Material就是一個(gè)材質(zhì)實(shí)例。 每一個(gè)Material你可以認(rèn)為是一個(gè)材質(zhì)實(shí)例的序列化存儲(chǔ)。
Unity3D中的材質(zhì)LOD
那對(duì)于前面提到的 高中低端機(jī)適配。 有兩種方法解決。一是通過(guò)宏定義，這個(gè)并不是Unity3D的推薦方式，且需要Shader編寫的相關(guān)知識(shí)，在這里不作詳細(xì)討論。 如果有興趣的朋友，可以訪問括號(hào)中的鏈接（http://docs.unity3d.com/Manual/SL-MultipleProgramVariants.html），以后的文章在涉及Unity3D的Shader編寫方面的內(nèi)容時(shí)，再進(jìn)行討論。 在此主要討論Unity3D中通過(guò)材質(zhì)LOD進(jìn)行畫質(zhì)控制。
在Unity3D的Shader中，可以為每一個(gè)SubShader指定一個(gè)LOD值，這個(gè)LOD值可以通過(guò)設(shè)置Shader.globalMaximumLOD和Shader.maximumLOD來(lái)實(shí)現(xiàn)SubShader的切換。所有的SubShader按順序進(jìn)行判定，當(dāng)一個(gè)SubShader滿足下面兩個(gè)條件時(shí)，才表明可用。
1、SubShaderLOD值小于設(shè)定的值。（你可以把LOD看作是開銷，開銷越大的SubShader指定越高的LOD值）
2、SubShader所有Pass使用到的顯卡特性被當(dāng)前設(shè)備支持。
注：Shader API文檔地址：http://docs.unity3d.com/ScriptReference/Shader.html
注：Shader LOD文檔地址：http://docs.unity3d.com/Manual/SL-ShaderLOD.html
注：Unity3D為每一檔的內(nèi)置Shader都設(shè)置了一個(gè)默認(rèn)值，在LOD文檔中有
注：如果不指定LOD值，那LOD=infinite 。 你可以當(dāng)它是一個(gè)小于0的值。
注：這個(gè)值除了可以自己給以外，還可以在Edit->Project Settings->Quality面板中指定，如下圖
Unity3D中的材質(zhì)替換
官方文檔地址：http://docs.unity3d.com/Manual/SL-ShaderReplacement.html
有時(shí)候，我們希望能夠進(jìn)行一些特殊操作。將場(chǎng)景物體的按另一種渲染方式渲染到RT中。 比如，僅渲染物體的深度，把物體渲染成純白，把物體渲染成紅綠熱成像模式等等。但是，我們的材質(zhì)在一開始就指定好了。如果要替換的話，就需要遍歷所有對(duì)像，為它們重新指定材質(zhì)。渲染完畢后，再切換回來(lái)。Unity3D為我們提供了更直接的方式。Camera.RenderWithShader和Camera.SetReplacementShader。前者是僅作用一次，后者是一直生效，如果想取消設(shè)置。 使用Camera.ResetReplacementShader即可。
那么問題來(lái)了，我們有時(shí)候只想渲染一些特殊的物體。比如，我們想處理除主角以外的內(nèi)容。 這就需要對(duì)主角進(jìn)行剔除。 那上面兩個(gè)函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)replacementTag就起作用了。如果設(shè)置了它，在進(jìn)行材質(zhì)替換時(shí)，它會(huì)和SubShader中的 RenderType的值 進(jìn)行比對(duì)。 比如，我們即將替換的材質(zhì)如下。
如果我們調(diào)用了camera.SetReplacementShader (EffectShader, "RenderType");那么，一個(gè)物體在被渲染時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下幾種結(jié)果。
1、如果物體當(dāng)前激活的SubShader的RenderType是Opaque，那么將會(huì)采用EffectShader的第一個(gè)SubShader。
2、如果物體當(dāng)前激活的SubShader的RenderType是SomethingElse，那么將會(huì)采用EffectShader的第二個(gè)SubShader。
3、如果物體當(dāng)前激活的SubShader的RenderType在EffectShader中沒有與之對(duì)應(yīng)的項(xiàng)，此物體將會(huì)在渲染中被忽略。
4、如果物體當(dāng)前激活的SubShader沒有RenderType這個(gè)Tag,此物體將會(huì)在渲染中被忽略。
結(jié)束語(yǔ)
Unity3D擁有著一個(gè)靈活的渲染管線和自由的材質(zhì)系統(tǒng)。與其它圖形引擎不一樣的是，Unity3D針對(duì)游戲需求所留出來(lái)的接口非常好用。
而本文僅僅是對(duì)Unity3D的材質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)行初步的描述。要想完全把Unity3D的材質(zhì)系統(tǒng)總結(jié)出來(lái)，不是一兩篇文章可以搞定的。Unity3D文檔中的 Shader Reference可以作為一個(gè)十分不錯(cuò)的開始http://docs.unity3d.com/Manual/SL-Reference.html
