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Unity3D沉思录:材质系统概览

Unity3D沉思录:材质系统概览

关于《Unity3D沉思录》

笔者在研究和使用Unity3D的过程中,获得了一些Unity3D方面的信息,同时也感叹Unity3D设计之精妙。不得不说,笔者最近几年的引擎研发工作中,早已习惯性的从Unity3D中寻找解决方案。

Unity3D虽比不上UE那么老练沉稳,气势磅礴。也比不上CE那样炫丽多姿,盛气凌人。但它的发展势如破竹,早已遍地生花!故而在此记录一些自己的心得体会,供大家参详交流。若有欠妥之处,还望各位及时指正。

什么是材质?

材质是一个相对广泛的概念,不同的专业领域有不同的定义。 在此也不一一举例说明了,我们只说在3D游戏引擎中,材质的定义。

材质的本质定义,是指能够描述一个物体的显示外观的一系列数据。它包括几个方面

1、渲染状态

渲染状态是指早期的setRenderState那一套东西。比如,前后面裁剪,是否开启混合,混合因子等等。

2、着色方式

着色方式,在固定管线年代,是通过一系列的API进设置。 在可编程管线年代。就对应的是我们的着色器代码。

3、参数

不管是固定管线还是非固定管线,我们都可以设置一些参数用于着色计算。比如颜色,光源信息等等

4、纹理贴图

纹理贴图是表现一个物体表现的颜色细节的必不可少的东西。就是一张张图片。

有了上面的这些数据后,我们就可以根据一定的运算规则,将一个几何体的质感显示为我们想要的样子。

Unity3D沉思录:材质系统概览

材质系统的常见需求

一个工具或者系统的设计不可能是凭空而出的。 一定是根据需求和经验的积累,才形成了我们今天这种“材质系统”的概念。 说到这里,那么我们常见的材质系统需要做到什么样子呢。

一、模板 + 实例

材质是一个模板,通过对某一个材质进行实例化,指定不同的数据和贴图,就可以让物体表现出不同的显示效果。 和Class + Object的关系很像。

二、多Pass

有时候,我们为了实现一个绘制效果,靠单次绘制是无法实现的。比如描边效果。 这就要求我们单个物体能够在进行绘制的时候,多次提交材质并绘制。

三、多Technique

多Technique是指一个材质中,应该包含不只一个实现方案。 这样当我们进行材质更替,或者进行高中低端机适配的时候。 就不会那么麻烦。 同时在数据管理上,也显得更为规范。

四、高中低端机适配

高中低端机适配是一个很重要的特性,因为玩家的机型不可能是一样的。 在需要保证效率的情况下,我们很多时候需要降低物体渲染的复杂度。在 《3D游戏中的画质与效率适配》 一文中。笔者也描述过,有两种方案。 一种是通过宏定义,一种是动态切换Technique。

总结下来,就是说一个材质模板文件应该像这样的一个结构

MaterialTemplate

{

Technique

{

Pass{}

Pass{}

}

Technique

{

Pass{}

Pass{}

}

}

Unity3D中的材质系统

在说到Unity3D中的材质系统的时候,我们先来看一下我们创建一个材质需要做的事情。

一、创建一个Shader并编写出自己想要的效果

二、创建一个Material并将这个Material的Shader指定为自己的材质

三、为这个Material设置参数,赋上贴图等

四、将创建好的Material拖到对象上

我们再来看一个典型的Shader应该具备的内容

Shader "MyShader" {

Properties {

_MyTexture ("My Texture", 2D) = "white" { }

// other properties like colors or vectors go here as well

}

SubShader {

LOD 100

// here goes the ‘meat’ of your

// – surface shader or

// – vertex and program shader or

// – fixed function shader

Pass{}

Pass{}

}SubShader {

LOD 1000

// here goes a simpler version of the SubShader

// above than can run on older graphics cards

Pass{}

Pass{}

}

}

我们可以看到。 每一个Shader有多个SubShader,每一个SubShader有多个Pass。 这样看起来和我们前面提到的MaterialTemplate结构几乎一致。

而在Unity3D中。Shader就是材质模版。 Material就是一个材质实例。 每一个Material你可以认为是一个材质实例的序列化存储。

Unity3D中的材质LOD

那对于前面提到的 高中低端机适配。 有两种方法解决。一是通过宏定义,这个并不是Unity3D的推荐方式,且需要Shader编写的相关知识,在这里不作详细讨论。 如果有兴趣的朋友,可以访问括号中的链接( http://docs.unity3d.com/Manual/SL-MultipleProgramVariants.html ),以后的文章在涉及Unity3D的Shader编写方面的内容时,再进行讨论。 在此主要讨论Unity3D中通过材质LOD进行画质控制。

在Unity3D的Shader中,可以为每一个SubShader指定一个LOD值,这个LOD值可以通过设置 Shader.globalMaximumLODShader.maximumLOD 来实现SubShader的切换。所有的SubShader按顺序进行判定,当一个SubShader满足下面两个条件时,才表明可用。

1、SubShaderLOD值小于设定的值。(你可以把LOD看作是开销,开销越大的SubShader指定越高的LOD值)

2、SubShader所有Pass使用到的显卡特性被当前设备支持。

注:Shader API文档地址: http://docs.unity3d.com/ScriptReference/Shader.html

注:Shader LOD文档地址: http://docs.unity3d.com/Manual/SL-ShaderLOD.html

注:Unity3D为每一档的内置Shader都设置了一个默认值,在LOD文档中有

注:如果不指定LOD值,那LOD=infinite 。 你可以当它是一个小于0的值。

注:这个值除了可以自己给以外,还可以在Edit->Project Settings->Quality面板中指定,如下图

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Unity3D中的材质替换

官方文档地址: http://docs.unity3d.com/Manual/SL-ShaderReplacement.html

Unity3D沉思录:材质系统概览

有时候,我们希望能够进行一些特殊操作。将场景物体的按另一种渲染方式渲染到RT中。 比如,仅渲染物体的深度,把物体渲染成纯白,把物体渲染成红绿热成像模式等等。但是,我们的材质在一开始就指定好了。如果要替换的话,就需要遍历所有对像,为它们重新指定材质。渲染完毕后,再切换回来。Unity3D为我们提供了更直接的方式。 Camera.RenderWithShaderCamera.SetReplacementShader。 前者是仅作用一次,后者是一直生效,如果想取消设置。 使用 Camera.ResetReplacementShader 即可

那么问题来了,我们有时候只想渲染一些特殊的物体。比如,我们想处理除主角以外的内容。 这就需要对主角进行剔除。 那上面两个函数的第二个参数 replacementTag 就起作用了。如果设置了它,在进行材质替换时,它会和SubShader中的 RenderType的值 进行比对。 比如,我们即将替换的材质如下。

Shader "EffectShader" {

SubShader {

Tags { "RenderType"="Opaque" }

Pass {

}

}

SubShader {

Tags { "RenderType"="SomethingElse" }

Pass {

}

}

}

如果我们调用了camera.SetReplacementShader (EffectShader, "RenderType");那么,一个物体在被渲染时,会产生以下几种结果。

1、如果物体当前激活的SubShader的RenderType是Opaque,那么将会采用EffectShader的第一个SubShader。

2、如果物体当前激活的SubShader的RenderType是SomethingElse,那么将会采用EffectShader的第二个SubShader。

3、如果物体当前激活的SubShader的RenderType在EffectShader中没有与之对应的项,此物体将会在渲染中被忽略。

4、如果物体当前激活的SubShader没有RenderType这个Tag,此物体将会在渲染中被忽略。

结束语

Unity3D拥有着一个灵活的渲染管线和自由的材质系统。与其它图形引擎不一样的是,Unity3D针对游戏需求所留出来的接口非常好用。

而本文仅仅是对Unity3D的材质系统进行初步的描述。要想完全把Unity3D的材质系统总结出来,不是一两篇文章可以搞定的。Unity3D文档中的 Shader Reference可以作为一个十分不错的开始 http://docs.unity3d.com/Manual/SL-Reference.html

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