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【Unity Shaders】使用CgInclude让你的Shader模块化——创建CgInclude文件存储光照模型

2024-07-20 03:38:35   222人阅读

本系列主要参考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书（感谢原书作者），同时会加上一点个人理解或拓展。

这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源（当然你也可以从官网下载）。

========================================== 分割线 ==========================================



写在前面


了解内置的CgInclude文件当然很好，但是如果我们想要创建自己的CgInclude文件来存储光照模型和辅助函数又该怎么办呢？


好消息是我们的确可以创建自己的CgInclude文件，坏消息是我们需要再了解一点代码语法。好啦，那就开始吧！



准备工作


好消息是这次的准备工作终于有点不同了。。。坏消息是我不能再复制粘贴了。。。

  1. 首先，创建一个新的文本文件，例如MyCgInclude.txt。
  2. 然后，把文件后缀改为.cginc。当然，操作系统一般会给你一些警示信息，说这个文件将变得不可用，但相信我，我们这个是可用的。
  3. 将新的.cginc文件导入到我们的Unity项目中（注意，在我的项目里，它的位置在一个新的名为CgIncludes的文件夹下）。等编译完成后，我们可以看到Unity把该文件当成一个CgInclude文件编译好了。像下面这样：

现在，我们已经做好准备可以创建自定义的CgInclude代码啦。双击CgInclude文件，在MonoDevelop中打开它吧~


实现


打开CgInclude文件后，开始键入如下代码。
  1. 首先，使用下面的预处理指令开始我们的CgInclude文件。这些声明和#pragma、#include类似，在这里，我们想要去定义一个新的代码集合，只要我们的Surface Shader在它的编译指令里面包含了这个文件，这些代码就可以执行了。在CgInclude文件的最开始键入如下代码：
    #ifndef MY_CG_INCLUDE
#define MY_CG_INCLUDE

  2. 然后，我们必须确保#ifndef或者#ifdef要有一个#endif来结束定义检查。就和一个if语句需要两个花括号一样。在#define指令下面键入如下代码：
    #endif

  3. 接下来，我们就可以填充剩余部分了。键入如下代码：
    // Custom Build-in Variables
fixed4 _MyColor;

// Lighting models
inline fixed4 LightingHalfLambert (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten) {
	fixed diff = max (0, dot (s.Normal, lightDir));
	
	diff = (diff + 0.5) * 0.5;
	
	fixed4 c;
	c.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * ((diff * _MyColor.rgb) * atten * 2);
	c.a = s.Alpha;
	return c;
}

  4. 下面是完整的MyCgInlcude.cginc文件：
    #ifndef MY_CG_INCLUDE
#define MY_CG_INCLUDE

// Custom Build-in Variables
fixed4 _MyColor;

// Lighting models
inline fixed4 LightingHalfLambert (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten) {
	fixed diff = max (0, dot (s.Normal, lightDir));
	
	diff = (diff + 0.5) * 0.5;
	
	fixed4 c;
	c.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * ((diff * _MyColor.rgb) * atten * 2);
	c.a = s.Alpha;
	return c;
}

#endif

    上面相当于一个头文件，但想要完整利用它还需要一些其他的步骤。我们需要告诉当前的Shader，我们想要使用自己的文件和代码。

  5. 返回上一节所用的Shader。我们需要在块中包含我们自己的CgInclude文件，就像C++中需要在开头添加头文件引用一样。同时，之前我们的Shader使用内置的Lambert光照模型，但现在我们想要使用自定义的Half Lambert光照模型。因为我们已经包含了该CgInclude文件，我们可以直接在#pragma指令中指明这一模型：
    		CGPROGRAM
		#include "../CgIncludes/MyCgInclude.cginc"
		#pragma surface surf HalfLambert

    解释：这里需要指明.cginc文件的相对与该Shader的路径。也就是说，如果它和Shader放在同一个文件夹下，那么直接写名称即可。但在我的项目中，Shader放在了Shaders文件夹下，而.cginc放在了CgIncludes文件夹下，因此需要上述写法。

  6. 最后，还记得我们在CgInclude文件中声明了一个_MyColor变量吗？我们还需要在Shader的Properties中添加该属性：
    	Properties {
		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
		_DesatValue ("Desaturate", Range(0, 1)) = 0.5
		_MyColor ("My Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
	}


最后，返回Unity。如果出现编译错误，说找不到.cginc文件，那么就是你的位置写的有问题，重新看上面的解释更改一下就可以喽。

最后的结果如下所示。注意到，这里Unity已经使用了我们新的Half Lambert光照模型（和原来相比，就是提亮了背光面的亮度），并且添加了一个新的样色样本。左侧为上一篇结果，右侧为本篇结果。
 



解释


当编写Shader的时候，我们可以像使用C++中的头文件一样，使用#include预处理指令来包含其他代码集合。这告诉Unity我们想要当前的Shader使用包含的这些文件中的代码。我们这样做实际上是在相应位置包含了Cg代码片段。

一旦我们声明了#include指令，Unity就可以在项目中找到该文件，然后Unity会在文件中查找定义的代码片段。也就是指，我们使用#ifndef指令和#ifndef指令的地方。当我们声明#ifndef指令时，我们就是在告诉Unity，如果没有定义这个名字，那么就使用这个名字去定义一些东西！在本节中，我们是想要去#define MY_CG_INCLUDE。因此，如果Unity没有找到一个名为MY_CG_INCLUDE的定义，它就会在编译该CgInclude文件时创建它。而#ifndef就是告诉Unity，这是该定义在这里结束啦，下面的不用再找啦！

现在，你看到了自定义的CgInclude文件是多么强大（和C++中的头文件类似），我们可以使用它们来存储所有的自定义光照模型，以减少代码的重复。其他好处，像灵活性等，你可以联想C++头文件来得出啦~



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