写在前面

感谢所有点进来看的朋友。没错，我目前打算写一本关于Unity Shader的书。

出书的目的有下面几个：

1. 总结我接触Unity Shader以来的历程，给其他人一个借鉴。我非常明白学Shader的艰难，在群里也见了很多人提出的问题。我觉得学习Shader还是一件有规律可循的事情，但问题是中文资料难觅，而大家又不愿意去看英文。。。这对我有什么好处呢？强迫我对知识进行梳理，对细节问题把握更清楚。

2. 第二个原因你懂的。

关于本书的定位问题：

1. 面向Unity Shader初学者，但要：

   1. 有一定的编程经历，不然我说：在脚本里写一个函数XXX，您问我，脚本是啥？我：……。
   2. 希望您还记得初中高中的基本数学。起码能把数算清楚。我明白很多人早就把矩阵这些稍微复杂一点的数学还给了大学老师，所以我会单独在一个章节里介绍。
   3. 希望您有一定的耐心。为什么你老是觉得看不懂、学不会Shader，可以反思下自己是不是太急躁了，想要今天看一下明天就会。放弃吧，这是不可能的。

   我写这本书的一个目标是，希望帮助初学者把基础打牢，没有基础任何上层建筑都是不可靠的。

2. 我不是在写一本特效大全，所以你如果想要看到各种酷炫狂霸拽的特效，抱歉，这本书里几乎没有。这跟上一点有很大关系，仅靠一本书，我可以肯定一个初学者没有办法成为一个“Shader大神”。我希望所有读过这本书的人可以真正明白shader是个什么东西，而不是说：“哦，shader嘛，就是在Unity里右键Create->Shader得到的那个东西嘛”。关于特效大全的问题，如果将来我有十足的经验和资格了，可能会真的写一本，哈哈哈

写书是件很不容易的事情，希望我可以把它做好。

整体结构

我把这本书分为五大篇章：

• 基础篇：这是很重要的一章，主要是为了初学者普及基本的理论知识，以及所需的数学基础。我明白很多人看不懂网上的一些材料，我尽量讲得通俗。

• Shader初级篇：从最简单的shader开始，讲解shader中基础的光照模型、纹理、和透明效果等。同时，还会介绍一些shader的Debug技巧、shader里常见报错信息。

• Shader中级篇：这是进阶篇章，将讲解更加复杂的光照、高级纹理、以及如何用shader实现动画等一系列进阶内容；

• Shader高级篇：则涵盖了一些shader的高级用法，如使用缓冲区、实现屏幕特效、非真实感渲染等，同时，还会介绍一些优化技巧；

• 扩展篇：将会涵盖一些Unity Surface Shader背后的机制，还会针对Unity 5.0+版本中的一些新的特性进行简要分析。最后，希望向大家介绍一点学习shader的经验和资源。

目前目录已经初步定型，把目录记录在这里，但我会不断更新。

如果您对该书的目录和内容有任何意见和建议都可以在下方留言。如果您没有CSDN账号，也可以通过发邮件来告诉我：lelefeng1992 # gmail DOT com。我会根据您的意见对目录和内容做出一定的更改。

目录

* 前言
* 这本书讲些什么
* 读这本书之前你需要哪些知识
* 谁适合读这本书
* 谁暂时还不适合读这本书
* 约定
* 读者反馈
* 本书源码

第1部分 基础篇

• 第1章 欢迎来到Shader的世界

  • 1.1 程序员的三大浪漫：为什么要学习Shader
  • 1.2 这不是程序员一个人的战斗
  • 1.3 世界这么大

• 第2章 渲染流水线

  • 2.1 综述
    
    • 2.1.1 你为什么要了解渲染流水线
    • 2.1.1 什么是流水线
    • 2.1.2 什么是渲染流水线
    • 2.1.3 应用阶段
    • 2.1.4 几何阶段
    • 2.1.5 光栅化阶段
  • 2.2 GPU流水线
    
    • 2.2.1 概述
    • 2.2.2 Vertex Shader
    • 2.2.3 Clipping
    • 2.2.4 Screen Mapping
    • 2.2.5 Triangle Setup
    • 2.2.6 Triangle Traversal
    • 2.2.7 Fragment Shader
    • 2.2.8 Per-Fragment Operations
    • 2.2.9 总结
  • 2.3 大话版渲染流水线
  • 2.4 一些容易困惑的地方
    
    • 2.4.1 什么是OpenGL/DirectX
    • 2.4.2 什么是HLSL、GLSL、CG
    • 2.4.3 什么是Draw Call
    • 2.4.4 什么是固定渲染管线（Fixed-Function Pipeline）
  • 2.5 那么，你明白什么是Shader了吗
  • 扩展阅读

• 第3章 Unity Shader基础

  • 3.1 Unity Shader概述
    
    • 3.1.1 一对好兄弟：材质和Unity Shader
    • 3.1.2 Unity中的材质
    • 3.1.3 Unity中的Shader
  • 3.2 Unity Shader的基础：ShaderLab
    
    • 3.2.1 什么是ShaderLab
    • 3.2.2 ShaderLab的基础语法
  • 3.3 Unity Shader的形式
    
    • 3.3.1 抛弃的角落：Fixed Function Shaders
    • 3.3.2 最聪明的孩子：Vertex/Fragment Shader
    • 3.3.2 Unity的宠儿：Surface Shader
    • 3.3.4 和Vertex/Fragment Shader的关系
    • 3.3.5 选择哪种Unity Shader形式
  • 3.4 Unity Shader的结构
    
    • 4.4.1 给我们的Shader起个名字：Shader
    • 4.4.2 材质和Unity Shader的桥梁：Properties
    • 4.4.3 重量级成员：SubShaders
  • 3.5 Unity Shader != 真正的“Shader”

• 第4章 学习Shader所需的数学基础

  • 4.1 Shader中的数学没你想得那么可怕
  • 4.2 用数学表示这个世界：点和向量
  • 4.3 矩阵
    
    • 4.3.1 左乘/右乘和行优先/列优先
  • 4.4 平移、旋转和缩放
  • 4.5 矩阵的魔法：顶点变换
    
    • 4.5.1 模型空间
    • 4.5.2 世界空间
    • 4.5.3 观察空间
    • 4.5.4 不同空间的变换

第2部分 Shader初级篇

• 第5章 开始Unity Shader学习之旅

  • 5.1 本书使用的软件
  • 5.2 一个最简单的Vertex/Fragment Shader
    
    • 5.2.1 Shader的最终目的
    • 5.2.2 模型数据从哪里来
    • 5.2.3 Vertex和Fragment Shader如何通信
    • 5.2.4 属性和Uniform变量
  • 5.3 Unity中的矩阵变换
    
    • 5.3.1 在模型坐标系下计算
    • 5.3.2 在世界坐标系下计算
    • 5.3.3 在视角坐标系下计算
  • 5.4 ShaderLab的内置变量、宏和函数
    
    • 5.4.1 用于变换的变量、宏和函数
    • 5.4.2 用于光照的变量、宏和函数
    • 5.4.3 其他变量
  • 5.5 程序员的烦恼：Debug
    
    • 5.5.1 利用假彩色图像
    • 5.5.2 利用软件
    • 5.5.3 疑难解答：常见的报错信息
  • 5.5 Shader的优化
    
    • 5.5.1 避免非必要的计算
    • 5.5.2 只在真正需要时创建临时变量
    • 5.5.3 float、half还是fixed
    • 5.5.4 慎用分支语句
  • 5.6 Shader整洁之道：规范你的代码
  • 5.7 Shader的平台差异：小心DX11！

• 第6章 基本的光照模型

  • 6.1 什么是光照模型
    
    • 6.1.1 我们是如何看到这个世界的
    • 6.1.2 BRDF经验模型
  • 6.2 Unity中的光源
    
    • 6.2.1 平行光
    • 6.2.2 点光源
    • 6.2.3 光源的RenderMode和Shader的LightMode
  • 6.3 漫反射光照模型
    
    • 6.3.1 理论：Lambert光照模型
    • 6.3.2 理论：Half Lambert光照模型
    • 6.3.3 实践：逐顶点光照
    • 6.3.4 实践：逐像素光照
  • 6.4 高光反射光照模型
    
    • 6.4.1 理论：Phong光照模型
    • 6.4.2 理论：BlinnPhong光照模型
    • 6.4.3 理论：逐顶点光照
    • 6.4.4 理论：逐像素光照
  • 6.5 边缘光照模型
    
    • 6.5.1 理论
    • 6.5.2 实践

• 第7章 基础纹理

  • 7.1 使用单张纹理
  • 7.2 使用多张纹理：纹理混合
  • 7.3 使用法线纹理
    
    • 7.3.1 模型空间还是切线空间
    • 7.3.2 实践
  • 7.4 使用渐变纹理
  • 7.5 使用遮罩纹理
  • 7.6 纹理不仅仅是颜色

• 第8章 透明效果

  • 8.1 为什么渲染队列很重要
  • 8.2 Alpha Test
  • 8.3 Alpha Blending

第3部分 Shader中级篇

• 第8章 更复杂的光照

  • 8.1 处理多个光源
    
    • 8.1.1 回顾：光源的RenderMode和Shader的LightMode
    • 8.1.2 实践：使用多个Pass
  • 8.2 阴影
  • 8.3 双面渲染：Cull指令
  • 8.4 更复杂的透明效果
    
    • 8.4.1 回顾：Alpha Test和Alpha Blending
    • 8.4.2 为什么我的模型发生了穿插

• 第9章 高级纹理

  • 9.1 三维纹理：Cubemap
    
    • 9.1.1 反射效果
    • 9.1.2 Fresnel反射
    • 9.1.3 折射效果
    • 9.1.4 天空盒子（Skybox）
  • 9.2 渲染到纹理（Render To Texture）
  • 9.3 程序式纹理（Procedure Texture）

• 第10章 让画面动起来

  • 10.1 纹理动画
    
    • 10.1.1 流动的水面
  • 10.2 顶点动画
    
    • 10.2.1 飘扬的旗帜
    • 10.2.2 Billboard
  • 10.3 Shader和脚本的互动
  • 10.4. 实践：飞扬的瀑布
  • 10.5 想怎么动就怎么动？

第4部分 Shader高级篇

• 第11章 基于图像处理的渲染方法

  • 11.1 伽马校正
  • 11.2 抗锯齿
  • 11.3 亮度、饱和度和对比度
  • 11.4 实现类似Photoshop的混合模式
  • 11.5 实现渐变叠加效果
  • 11.6 实现晕影效果

• 第12章 使用深度和法线缓冲区

  • 12.1 如何获取缓冲区
  • 12.2 实践：景深效果
  • 12.3 实践：边缘检测

• 第13章 非真实感渲染

  • 13.1 卡通渲染
  • 13.2 轮廓线渲染
  • 13.3 手绘风格的渲染

• 第14章 在Shader中使用噪声

  • 14.1 什么是噪声（Noise）
  • 14.2 Perlin噪声
  • 14.3 Worley噪声
  • 14.4 实践

• 第15章 移动平台的优化

  • 15.1 移动平台与台式机的区别
  • 15.2 识别出影响性能的因素
    
    • 15.2.1 CPU
    • 15.2.2 Vertex的处理
    • 15.2.3 Fragment的处理
    • 15.2.4 带宽
    • 15.2.5 Unity的性能分析工具：Profiler
  • 15.3 优化几何体
  • 15.4 使用LOD技术
  • 15.5 使用遮挡剔除技术
  • 15.6 控制绘制顺序
  • 15.7 时刻警惕透明物体
  • 15.8 减少实时光照
    
    • 15.8.1 使用Lightmaps
    • 15.8.2 使用God Rays
  • 15.9 减少Draw Calls
    
    • 15.9.1 静态批处理
    • 15.9.2 动态批处理
    • 15.9.3 如何选择
  • 15.10 减少纹理大小
  • 15.11 利用缩放

第5部分 扩展篇

• 第16章 Surface Shader探秘

  • 16.1 基本流水线
  • 16.2 Unity背后做了什么

• 第17章 基于物理的渲染——Physically Based Shading

  • 17.1 理论
  • 17.2 Unity的Standard Shader

• 第18章 Unity 5.0更新了什么

  • 18.1 场景“更亮了”
  • 18.2 Surface Shader更容易“报错了”
  • 18.3 当家做主：自己控制非统一缩放的网格
  • 18.4 Fixed function逐渐退出舞台

• 第19章 还有更多内容吗

  • 19.1 如果你想深入了解shader的话
  • 19.2 还是那句话：世界那么大

• 参考文献

• 索引