雖然Surface Shader是Unity極力推動的編寫Shader的方式，但由於Surface Shader做了大量的封裝，遮蔽了很多底層實現細節，包括光照、頂點變換、材質使用等，在提供了更簡單的使用之餘也喪失了靈活性，下面我們只對vertex shaders 和 fragment shaders進行學習，讀者可以參閱官方文件以瞭解更多Surface Shader細節。

一、vertex & fragment shaders基本結構

Shader "DavidWang/vertexAndFragment"{
    SubShader{
        pass{
                CGPROGRAM
                 #pragma vertex vert
                 #pragma fragment frag
                  void vert(in float2 objPos:POSITION, out float4 pos:POSITION)
                 {
                        pos = float4(objPos,0,1);
                  }
                 void frag(out float4 col:COLOR)
                 {
                      col = float4(1,0,0,1);
                 }
                ENDCG
        }
    }
    Fallback "Mobile/VertexLit"
}
 

  Vertex & Frament Shader至少有一個pass通道，一個pass就是對場景的一次渲染。在ShaderLab語法中需要使用關鍵詞“CGPROGRAM”和“ENDCG”將Cg程式碼段包含起來才能編譯使用，需要注意的是這兩個關鍵詞都是大寫的。#pragma vertex vert指令的意思是使用vert函式來做Vertex shader的處理工作， #pragma fragment fragt指令的意思是使用fragt函式來做Fragment shader的處理工作，即這是分別指定了執行頂點和片段處理的函式。

  Vertex shader會對頂點做一系列的處理，最主要的是把頂點座標從物體Local空間轉換成齊次裁減空間的齊次座標，同時進行必要的光照處理，把處理後的資料傳遞給Fragment shader程式，Fragment shader拿到頂點程式處理後的資料繼續進行最終的計算。Fragment shader最主要的工作是對紋理進行取樣、對顏色進行最終的合成，其輸出是顏色值。

  在上例中，“void vert(in float2 objPos:POSITION, out float4 pos:POSITION)” 中有兩個引數，其中第一個引數中的“in”表示引擎提供的輸入，“float2”表示資料的型別為二階的向量，引數名“objPos”冒號後需要帶上語義，語義指的是頂點程式和片段程式能夠被識別的變數，這裡使用“POSITION”。第二個引數中“out”表示輸出，資料型別為“float4”，語義也是“POSITION”。如果頂點程式要輸出一個“POSITION”語義的變數，這個變數必須要以“float4”四階向量的形式。“void frag(out float4 col:COLOR)”使用語義為“COLOR”的變數作為輸出，這裡使用“out float4 col:COLOR”作為顏色變數的輸出，語義“COLOR”就是指“COLOR0”。

  語義詞“POSITION”，“COLOR”不僅僅是表示資料型別，更重要的是指示出資料存放的位置，這些語義詞都有特定的含義。   Cg 語言所有 vertex profile 支援的輸入語義關鍵詞有： POSITION、BLENDWEIGHT、NORMAL、 TANGENT、 BINORMAL、 PSIZE、BLENDINDICES、TEXCOORD0—TEXCOORD7。   Cg 語言所有 vertex profile 支援的輸出和 fragment profile 輸入語義關鍵詞有：POSITION 、PSIZE 、FOG,COLOR0-COLOR1、TEXCOORD0-TEXCOORD7 。    Cg 語言所有 fragment profile 支援的輸出語義關鍵詞有：COLOR 。

  示例shader是最簡單但又是結構完整的vertex shaders 和 fragment shaders，讀者務必瞭解。關於輸入輸出語義更詳細的說明超出了本章的內容，請讀者查閱相關資料。

二、profile

  一個Cg profile定義了一個“被特定圖形硬體或API所支援的Cg語言子集”，任意一種shader language都是基於可程式設計圖形硬體的（暫存器、指令集等），這也就意味著，不同的圖形硬體對應著不同的功能子集。這些可選的語言功能包括某些控制結構和標準庫函式。profile還定義了資料型別的精度，並且指定資料型別是否全部支援或僅部分支援。profile按照功能可以劃分為vertex profile和fragment profile，而vertex profile和fragment profile又基於OpenGL和DirectX的不同版本或擴充套件，劃分為各種版本。

  profile是語言的一種特性，在不同的處理方法中會擁有不同的特性。在特殊情況下，語言profile就是關於一個使用for或者while迴圈的限制，意思就是有些情況下它不支援for或者while迴圈，有些profile僅僅loop迴圈。Cg不支援goto、switch、case、default等保留關鍵字；也不支援指標和指標相關的運算能力；Cg支援陣列，但是有尺寸和維度的限制；Cg沒有列舉和聯合；Cg在結構體當中沒有位成員；Cg中所有的整型都是有符號，沒有signed關鍵字。

  Cg有繫結語義，比如POSITON、COLOR0等；Cg內建有swizzle操作；對於一個值來說，swizzle操作可以允許進行拼湊一個向量或矩陣；swizzle操作可以去訪問所有的分量；資料有不同的有限的型別，主要的型別有float、half、fixed，片段profile必須支援這三種資料型別，但是可以選擇使用half或fixed去實現float，頂點profile要求實現half和float，但是可以選擇實現halp和float，頂點profile可以忽略支援fixed，Cg允許profile去忽略支援執行時的int，實際上會把int轉換成float；Cg中的操作很多都是對於向量的操作，可以對向量的基本元素進行操作，Cg中也有？問號表示式，沒有全域性的非靜態變數；Cg有新的sampler*集合；函式擁有預設引數；函式和它們的操作可以被過載；變數可以定義在任何地方，但要在使用之前定義就行等等。

三、Cg基本資料型別

  Cg支援7種基本的資料型別

  Cg還提供了內建的向量資料型別 (built-in vector data types) ，內建的向量資料型別基於基礎資料型別。 例如： float4， 表示 float 型別的 4 元向量； bool4， 表示 bool型別 4 元向量。 注意： 向量最長不能超過 4 元， 即在 Cg 程式中可以宣告 float1 、 float2 、 float3 、float4 型別的陣列變數，但是不能宣告超過 4 元的向量。

參考文獻