[Unity3d]Shader 着色器学习前了解知识

发布时间：2020-06-15 20:39:19 作者：蓬莱仙羽
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引言
shader到底是干什么用的？shader的工作原理是什么？
其实当我们对这个问题还很懵懂的时候，就已经开始急不可耐的要四处搜寻有关shader的资料，恨不得立刻上手写一个出来。但看了一些资料甚至看了不少cg的语法之后，我们还是很迷茫，UNITY_MATRIX_MVP到底是个什么矩阵？它和v.vertex相乘出来的又是什么玩意？当这些问题困扰我们很久之后，我们才发现，原来我们是站在浮沙上筑高台，根基都没有打牢当然不可能盖得起高楼大厦了。
那根基是什么呢？大牛曰，计算机图形学。
shader中文名叫着色器，顾名思义，它的作用可以先简单理解为给屏幕上的物体画上颜色。而什么东西负责给屏幕上画颜色？当然是GPU，所以我们写shader的目的就是告诉GPU往屏幕哪里画、怎么画。说到这其实大家应该很明白了，如果我们连GPU的工作原理都不知道，何谈指挥它？
说到计算机图形学，包括我在内很多同学都非常害怕它，因为里面包含了各种艰深的理论、变换，大量的公式什么的。其实我们大可不必一开始就吓倒自己，先从基本概念开始，慢慢来，总有一天我们也会成为大牛~！
最后，这篇文章不算是原创，最多算是摘要+读后感，很多概念性文字都是我从书里搬过来后再加上自己的理解，算是和大家一起学习，有理解不当之处还请多多指教。
废话不多说，让我们来进入第一章的学习，GPU的渲染管线。

正文
所谓GPU的渲染管线，听起来好像很高深的样子，其实我们可以把它理解为一个流程，就是我们告诉GPU一堆数据，最后得出来一副二维图像，而这些数据就包括了”视点、三维物体、光源、照明模型、纹理”等元素。
在各种图形学的书中，渲染管线主要分为三个阶段：应用程序阶段、几何阶段、光栅阶段。

1，应用程序阶段。
这个阶段相对比较好理解，就比如我们在Unity里开发了一个游戏，其实很多底层的东西Unity都帮我们实现好了，例如碰撞检测、视锥剪裁等等，这个阶段主要是和CPU、内存打交道，在把该计算的都计算完以后，在这个阶段的末端，这些计算好的数据（顶点坐标、法向量、纹理坐标、纹理）就会通过数据总线传给图形硬件，作为我们进一步处理的源数据。

2，几何阶段。
主要负责顶点坐标变换、光照、裁剪、投影以及屏幕映射，改阶段基于GPU进行运算，在该阶段的末端得到了经过变换和投影之后的顶点坐标、颜色、以及纹理坐标。简而言之，几何阶段的主要工作就是“变换三维顶点坐标”和“光照计算”。
问题随之而来，为什么要变换顶点坐标？我是这么理解的，比如你有一个三维游戏场景，场景中的每个模型都可以用一个向量来确定它的位置，但如何让计算机根据这些坐标把模型正确的、有层次的画在屏幕上？这就是我们需要变换三维顶点坐标的原因，最终目的就是让GPU可以将这些三维数据绘制到二维屏幕上。
根据顶点坐标变换的先后顺序，主要有如下几个坐标空间：Object space，模型坐标空间；World space，世界坐标空间；Eye space，观察坐标空间；Clip and Project space，屏幕坐标空间。下图就是GPU的整个处理流程，深色区域就是顶点坐标空间的变换流程，大家了解一下即可，我们需要关注的是每个坐标空间的具体含义和坐标空间之间转换的方法。

图片：image1.png

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