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着色器

概念​

Shader（着色器）是运行在GPU上的小程序，控制物体渲染时的光照、颜色、纹理等视觉效果。它决定了材质如何与光线交互，生成最终像素颜色。

核心功能：

  • 顶点变换（如模型空间→屏幕空间）。
  • 光照计算（漫反射、高光、环境光）。
  • 纹理映射与混合（如法线贴图、透明度处理）。

Shader与材质的关系​

  • Shader：是“食谱”，定义渲染规则（如光照模型、混合模式）。
  • 材质：是“菜肴”，绑定Shader并设置具体参数（如颜色、纹理）。
  • 关系链：Shader → 材质 → 网格渲染器（Mesh Renderer）。

面试题​

1. Unity中Shader的常见类型及区别？​

答案：

  • Surface Shader：封装了光照模型（如PBR），适合物理渲染（如金属、塑料）。
  • Unlit Shader：忽略光照，用于UI、特效（如发光粒子）。
  • Vertex/Fragment Shader：完全自定义渲染流程，适合高级效果（如扭曲、溶解）。
  • Shader Graph：节点化编辑，无需代码（如卡通渲染）。

2. 编写一个简单的Unlit Shader​

（输出固定颜色，不受光照影响）。

Shader "Custom/UnlitColor" {
    Properties { _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1) }
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM
                #pragma vertex vert
                #pragma fragment frag
                struct appdata { float4 vertex : POSITION; };
            struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; };
            fixed4 _Color;
            v2f vert(appdata v) { 
                v2f o; 
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); 
                return o; 
            }
            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { return _Color; }
            ENDCG
            }
    }
}

3. 顶点着色器与片元着色器的分工？​

  • 顶点着色器：处理几何数据（如顶点位置、法线、UV）。
  • 片元着色器：计算像素颜色（如纹理采样、光照混合）。
  • 示例：顶点着色器可扭曲网格，片元着色器实现渐变透明。

4. 如何优化Shader性能？​

方法：

  • 减少分支：避免if-else，使用step()或插值替代。
  • 简化计算：用half代替float，预计算常量。
  • 合批优化：相同Shader Variant的材质可合批减少DrawCall。

5. PBR材质的关键属性有哪些？​

答案：

  • Albedo：基础颜色（反照率）。
  • Metallic：金属度（0-1）。
  • Smoothness：光滑度（影响高光范围）。
  • Normal Map：表面凹凸模拟。

6. ShaderLab中Properties的作用？​

答案：

  • 定义材质Inspector中可调参数（如颜色、纹理）。
  • 示例：_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}声明一张默认白色纹理。

7. 如何实现溶解效果？​

  • Shader方案：

  • 使用噪声图控制透明度阈值：

clip(noise.r - _Threshold); // 裁剪低于阈值的像素
  • 动态调整_Threshold实现溶解动画。

8. Unity内置渲染管线与SRP的区别？​

  • 内置管线：固定流程，支持Surface Shader。
  • SRP（如URP/HDRP）：可编程管线，支持Shader Graph，优化移动端（URP）或高端图形（HDRP）。

9. 什么是Shader Variant？如何管理？​

答案：

  • 同一Shader的不同编译版本（如不同光照、关键字组合）。
  • 管理：通过#pragma multi_compile定义变体，避免冗余变体增加包体。

10. 动态修改材质颜色的最佳实践？​

方案：

  • MaterialPropertyBlock：修改属性不创建新材质实例：

（避免内存碎片）

MaterialPropertyBlock props = new MaterialPropertyBlock();
props.SetColor("_Color", Color.red);
GetComponent<Renderer>().SetPropertyBlock(props);

11. 法线贴图与视差贴图的原理差异？​

  • 法线贴图：通过RGB编码法线方向，模拟凹凸（不改变几何）。
  • 视差贴图：根据高度偏移UV，产生深度错觉（性能开销更高）。

12. 几何着色器（Geometry Shader）的应用场景？​

  • 答案：动态生成几何体（如毛发、草地），但移动端支持有限。

13. Shader中如何实现卡通渲染（Cel Shading）？​

  • 关键步骤：

  • 离散化光照（floor(dot(N,L) * 3) / 3）。

  • 边缘检测（法线与视角夹角描边）。