Unity作为一款广泛使用的游戏开发引擎，其强大的图形渲染能力离不开Shader编程的支持。Shader编程允许开发者直接控制渲染管线，实现各种复杂而逼真的视觉效果。本文将聚焦于Unity中Shader编程的一些高级技巧与应用，帮助开发者进一步挖掘其潜力。
Unity内置了多种光照模型，如Phong、Lambert等，但在某些特定场景下，这些模型可能无法满足需求。通过自定义光照模型，开发者可以实现更加精细的光照效果。
在Shader中，可以手动计算光照方程，实现如PBR（基于物理的渲染）等高级光照效果。以下是一个简单的PBR Shader代码片段：
Shader "Custom/PBRShader"
{
Properties
{
_Albedo ("Albedo", 2D) = "white" {}
_NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}
_Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0f
_Roughness ("Roughness", Range(0,1)) = 0.5f
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
sampler2D _Albedo;
sampler2D _NormalMap;
float _Metallic;
float _Roughness;
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 worldNormal : TEXCOORD1;
float4 pos : SV_POSITION;
};
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return o;
}
half4 frag (v2f i) : SV_Target
{
// PBR计算代码省略，以实现更复杂的光照效果
half4 albedo = tex2D(_Albedo, i.uv);
half3 normal = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, i.uv));
// ...
return half4(finalColor, 1.0);
}
ENDCG
}
}
}
纹理映射是Shader编程中的基础，但高级纹理映射技术如法线贴图、高度贴图、环境光遮蔽贴图（AO Map）等，可以极大地提升模型的细节和真实感。
法线贴图通过模拟表面法线，增加了模型的几何细节，而高度贴图则用于模拟表面的起伏。环境光遮蔽贴图通过计算物体表面的遮蔽程度，提高了场景的整体阴影效果。
屏幕空间效果（如屏幕空间环境光遮蔽SSAO、屏幕空间反射SSR）利用屏幕空间的深度信息，实现高效而逼真的视觉效果。
SSAO通过计算屏幕空间中的遮挡关系，生成物体的环境光遮蔽效果，增强了场景的立体感。SSR则利用屏幕空间中的反射信息，模拟物体的反射效果，提升了场景的真实感。
后期处理是提升游戏视觉效果的重要手段，包括色调映射、抗锯齿、景深等。
色调映射用于调整场景的亮度和对比度，使画面更加符合人眼视觉感受。抗锯齿技术如MSAA（多重采样抗锯齿）和TAA（时间抗锯齿）则用于减少渲染中的锯齿现象，提高画面的平滑度。景深效果则通过模糊远景，突出前景，增强了场景的层次感。
Unity中的Shader编程是一个强大而复杂的工具，通过掌握其高级技巧与应用，开发者可以实现更加复杂、更加逼真的视觉效果。无论是自定义光照模型、高级纹理映射，还是屏幕空间效果和后期处理，都为游戏开发提供了丰富的可能性。