本書中從著色器技術(shù)必須掌握的向量、矩陣與空間等數(shù)學知識開始介紹, 通過大量的實例, 圖文并茂地講解了渲染流水線的原理, 著色器相關(guān)的語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、基本語法, 著色器的分類等相關(guān)內(nèi)容, 讓讀者在實戰(zhàn)中逐步掌握Unity Shader的相關(guān)技術(shù), 并應(yīng)用到實際工作中。
1.面向零基礎(chǔ)人群寫作，內(nèi)容由淺入深，基礎(chǔ)知識全面，注重原理講解，讓讀者知其然更知其所以然。
2.語言通俗易懂，插圖豐富，用大量生動與圖形化的描述講解Shader及其原理知識，學習門檻低，上手快。
3.內(nèi)容貼近實戰(zhàn)，幫助讀者舉一反三，拓展知識，不局限于書中介紹的內(nèi)容。
4.配套資源齊全。課后習題，幫助讀者鞏固知識。
前言
當我還是一個剛高考完的愣頭青時，抱著滿腔熱血打開Unity，滿腦子都是光怪陸離的游戲畫面，以為下一個非同尋常的獨立游戲就要出現(xiàn)在我的手里，結(jié)果在第一步就卡住了——想象的畫面很美好，但Unity只給了我一個平平無奇的Standard材質(zhì)，這可如何是好？于是我創(chuàng)業(yè)未半而中道找教程，才知道有個東西叫“Shader”，要想真正隨心所欲地“畫”出理想的游戲畫面，我要先學會它。
彼時，Shader還在社群里被認為是一種“高端”的代碼，資料不多、教程很少，即便是當時流行的入門資料也是有一定門檻的（這種情況到目前也依然存在），無論是對數(shù)學的要求，還是對編程的要求，以及對計算機圖形學知識的要求。畢竟Shader本身就是一項融合了多種學科知識的技術(shù)，尤其是對于對Shader還一無所知的初學者來說，不了解線性代數(shù)，不會編程，基本就告別大多數(shù)教程了。近幾年來，獨立游戲越來越多，游戲開發(fā)的門檻也一降再降，當很多入門不久的用戶都能使用C#在Unity面前游刃有余時，唯獨Shader保持著它那“高冷而不近人情”的高門檻。對于大多數(shù)剛剛?cè)腴T的Shader初學者，或者是那些只是想能看懂Shader以對它稍作修改的開發(fā)者，掌握晦澀難懂的底層理論是否真的是必要的？
因此，本書嘗試用淺顯易懂的語言和大量的比喻、引導(dǎo)，先力求讓讀者明白“寫Shader到底是在寫什么”，只有建立起對Shader的宏觀概念，才能談“怎么寫Shader”，否則寫起來就像盲人摸象，很容易陷入“只會改Shader而不會寫Shader”的困境。另外一點，比起用案例和代碼的堆砌來教讀者“怎么做”，本書將更多的筆墨集中在寫“為什么這么做”，這個理念從第1章一直持續(xù)到了最后一章，也是筆者最希望讀者從本書中學到的。我們總是先遇到問題，再去想解決問題的方法，而只知道“怎么做”，只能解決一種問題，我們也不可能指望網(wǎng)上的教程總能完完全全地貼合我們的需求，一五一十地照搬案例只會讓未來的開發(fā)變成“對著墻磚找墻洞”——那我們豈不就成了案例的提線木偶了？本書的大部分案例都旨在告訴讀者一種新思想、一種新工具，并希望讀者能真正將它們?nèi)跁炌�，變成屬于自己的“武器”�?
在視頻資料和電子文檔大行其道的當下，閱讀一本紙質(zhì)書學計算機知識看起來多少是有一些“傳統(tǒng)”，但筆者認為紙媒依然有著獨特的作用。它不依賴于電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，也方便反復(fù)查看，讀者可以更聚焦于代碼之外的行文思路，學習每一步之間的思路推理過程，所以本書在許多章節(jié)中并不著重突出“代碼與反饋”的內(nèi)容。這不是一本“沒有計算機在旁邊隨時操作就看不下去”的書（當然，并不是認為看本書的時候不需要實踐）。
在本書的編寫過程中，參考了許多前輩撰寫的入門教程，包括Catlike Coding的教程、馮樂樂的《Unity Shader入門精要》。在數(shù)學章節(jié)中，筆者受到3Blue1Borwn極大的影響，他對線性代數(shù)的集合本質(zhì)進行了鞭辟入里的講解。這些教程都是很棒的學習資料，讀者在學習中遇到問題時也可以進行查閱。
在編寫本書的過程中，我盡可能地檢查校對內(nèi)容的準確性，但由于個人能力和知識儲備的限制，難免會存在一些錯誤或者不足之處。因此，非常歡迎讀者朋友在閱讀本書的過程中積極提供反饋和建議，以幫助我更好地改善內(nèi)容。
非常感謝何睿驊、李恒、肖洪廣和胡致遠，他們對本書的校對、編排、內(nèi)容調(diào)整提供了巨大的幫助。同時，對中國鐵道出版社有限公司的編輯于先軍先生的約稿表示感謝，是您的信任讓本書得以面世。
15年前，有個名叫66RPG的獨立游戲論壇用一句“夢想世界，在你手中”的口號激勵了成千上萬的游戲開發(fā)者，而我正是其中之一。我們的游戲世界從來不缺乏奇景，只是我們還未能擁有足夠的魔法將它的綺麗展現(xiàn)出來。衷心期盼本書能成為每一位讀者在游戲世界中創(chuàng)世的魔法指南，祝各位早日開發(fā)出自己夢想中的游戲。
黃志翔(網(wǎng)名：Hking Auditore)
2023年10月
黃志翔，網(wǎng)名HkingAuditore，國內(nèi)某知名游戲大廠技術(shù)美術(shù)。曾參與項目：玩具帝國（第二屆CUSGA中國大學生游戲開發(fā)創(chuàng)作大賽具潛力獎提名，2023GWB騰訊獨立游戲大獎賽決賽入圍）；糖果災(zāi)難（第二屆中國原創(chuàng)藝術(shù)類精品游戲大賽提名、2021indiePlay中國獨立游戲大賽最佳設(shè)計獎提名）。
第1章 數(shù)學基礎(chǔ)
1.1 向量
1.1.1 向量的基本運算
1.1.2 線性組合
1.1.3 線性相關(guān)與線性無關(guān)
1.1.4 基向量
1.2 矩陣與空間
1.2.1 矩陣概念與幾何意義
1.2.2 矩陣運算及其幾何意義
1.2.3 使用矩陣進行空間變換
1.3 習題
第2章 渲染流水線
2.1 教機器人畫速寫
2.2 GPU的“思維方式”
2.3 應(yīng)用階段
2.4 幾何階段
2.4.1 頂點著色器
2.4.2 曲面細分著色器
2.4.3 幾何著色器
2.4.4 投影
2.4.5 裁剪
2.4.6 屏幕映射
2.5 光柵化階段
2.5.1 圖元組裝
2.5.2 三角形遍歷
2.5.3 片元著色器
2.5.4 逐片元操作
2.6 可編程渲染管線：Unity SRP
2.7 習題
第3章 Shader基礎(chǔ)
3.1 我的第一個Shadel
3.2 Properties
3.3 SubShader
3.4 Pass
3.4.1 Pragma
3.4.2 Include
3.5 Shader內(nèi)的結(jié)構(gòu)體
3.5.1 頂點著色器輸入
3.5.2 片元著色器輸入
3.6 頂點著色器
3.7 片元著色器
3.8 我該怎么寫呢
3.8.1 基本語法
3.8.2 常用函數(shù)
3.9 習題
第4章 上個色吧：基礎(chǔ)Shader上手
4.1 紋理
4.1.1 平移、縮放、旋轉(zhuǎn)——UV的奇妙用途
4.1.2 更多的紋理、奇妙的遮罩
4.1.3 混合的藝術(shù)
4.1.4 示例代碼
4.2 不同空間的操作
4.2.1 世界空間與模型空間
4.2.2 觀察空間與裁剪空間
4.3 控制覆蓋的方式
4.3.1 渲染隊列
4.3.2 深度測試、深度寫入、深度裁切與Early
4.3.3 溶解效果：Alpha Test與Clip操作
4.3.4 模板測試
4.4 完善材質(zhì)面板：Properties
4.5 你能獲得的其他信息
4.5.1 頂點上的其他信息
4.5.2 其他信息
4.6 習題
第5章 計算與串聯(lián)：需要思考的Shader
5.1 邊緣光效果
5.1.1 如何“看到”外邊緣
5.1.2 讓效果不斷變換
5.1.3 使用遮罩美化
5.1.4 讓功能是“可選的”：Shader變體
5.1.5 最終代碼
5.2 簡單光照
5.2.1 漫反射
5.2.2 環(huán)境光
5.2.3 高光反射
5.2.4 陰影
5.2.5 多光源渲染
5.2.6 球諧光照
5.2.7 障眼法：烘焙
5.2.8 完整代碼
5.3 法線貼圖
5.3.1 提高模型細節(jié)的“障眼法”
5.3.2 翻譯法線貼圖
5.3.3 Unity中的法線貼圖
5.3.4 完整代碼
5.4 類玻璃物體的渲染
5.4.1 折射效果與Grabpass
5.4.2 模糊
5.4.3 反射
5.4.4 完整代碼
5.5 習題
第6章 在模型上雕塑：Shader與幾何
6.1 描邊
6.1.1 額外的Pass
6.1.2 平直著色物體描邊
6.1.3 完整代碼
6.2 無中生有的頂點：曲面細分著色器
6.2.1 曲面細分的流程及數(shù)據(jù)傳遞
6.2.2 Gerstner波
6.2.3 計算法線
6.2.4 基于視距的曲面細分
6.2.5 完整代碼
6.3 改變網(wǎng)格：幾何著色器
6.3.1 幾何著色器的流程與數(shù)據(jù)傳遞
6.3.2 生成隨機草地
6.4 習題
第7章 中轉(zhuǎn)站：Render Texure
7.1 軌跡效果
7.1.1 渲染的中轉(zhuǎn)站Rerder Teture
7.1.2 在Render Tenure上作畫
7.2 后處理效果
7.2.1 Uhity Post Processing包
7.2.2 創(chuàng)建自己的后處理效果
7.2.3 后處理中的描邊效果
7.3 習題
第8章 非真實感渲染
8.1 色彩控制
8.2 風格化描邊
8.3 邊緣光
8.4 筆觸感
8.5 我們想要什么樣的“非真實感”
8.6 習題
第9章 真的入門了嗎
9.1 是否是個好Shader
9.1.1 良好的代碼習慣
9.1.2 函數(shù)庫
9.1.3 互不耦合的屬性
9.1.4 小心容易忽略的風險
9.1.5 性能與效果的平衡
9.2 學習的路還很長
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