Что такое шейдер unity
Разрабатывайте шейдеры с легкостью, перетаскивая блоки вместо написания кода. Создавайте и объединяйте узлы в графы, следите за результатом в реальном времени благодаря открытой архитектуре и инструментам разработки графов в Shader Graph.
Shader Graph позволяет вам с легкостью разрабатывать шейдеры в визуальном интерфейсе с отображением результатов в реальном времени. Создавайте и объединяйте узлы в графы вместо написания кода.
Разработка шейдеров в Unity традиционно была вотчиной тех, кто имеет опыт программирования. Shader Graph открывает эту сферу художникам и другим сотрудникам студии, упрощая создание шейдеров. Просто объедините узлы в сеть графов — вы увидите результат изменений сразу же. Средство можно использовать как с High Definition Render Pipeline, так и с Universal Render Pipeline.
Изменения в сети графов отражаются на результате мгновенно. Вам не придется ждать завершения вычислений и запекания результатов. Экспериментировать с шейдерами теперь сможет даже новичок.
Инструменты визуальной разработки позволят вам создавать художественные и другие спецэффекты, например тепловое зрение, снег и средства маскировки.
Система Shader Graph:
Теперь вы можете создавать шейдеры в графическом интерфейсе Shader Graph и использовать их в Visual Effect Graph для изменения внешнего вида и методов отрисовки качественных визуальных эффектов.
Модуль Blackboard теперь можно использовать для присвоения ключевых слов шейдерам, создавая таким образом статичные ветки в графе. Это позволяет оптимизировать шейдеры с помощью таких систем, как Shader Level of Detail (LOD).
Стикеры облегчают вам работу, позволяя оставлять комментарии и пояснения для всех, кто трудится над проектом.
В этом выпуске также реализована поддержка привязки скелета к вершинам для анимации на основе DOTS — это возможность создавать более реалистичные эффекты для воды и растений.
Примеры подграфов для процедурно генерируемых текстур представляют собой коллекцию, демонстрирующую возможности математической генерации различных форм и узоров. Это отличное начало для работы с простыми масками, доступными в менеджере пакетов.
Смотрите наши официальные доклады и обучающие материалы по созданию шейдеров
Что нового в Shader Graph: готовность к профессиональному использованию
Узнайте о состоянии Shader Graph. В этой презентации показаны новые возможности и рекомендуемые методы, которые позволят вам с легкостью разрабатывать шейдеры в визуальном интерфейсе с отображением результатов в реальном времени.
Шейдер Distortion в Unity 2019 с помощью Shader Graph! (обучающий материал)
Из этого видео вы научитесь создавать шейдер Distortion с помощью Shader Graph в Unity 2019, узнаете, как сделать работу удобнее, и сможете управлять производительностью рендеринга.
Разработка шейдера со смещением вершин в Unity 2018.3
В этом видео мы покажем метод создания интерактивного эффекта смещения вершин с помощью Unity Shader Graph и Universal Render Pipeline.
Порталы в Unity с помощью Shader Graph! (обучающий материал)
Узнайте о том, как создать эффект портала с помощью Unity Universal Render Pipeline и Shader Graph. Загрузите проект и испытайте его в деле.
Наилучшие методики работы в Shader Graph
В этом докладе рассматриваются принципы работы системы, способы обхода распространенных ошибок и возможности Shader Graph.
Введение в Shader Graph
В этой серии из восьми уроков по Shader Graph мы покажем всю простоту разработки впечатляющих визуальных эффектов, включая свечение и растворение. Забудьте о программировании в разработке шейдеров.
Создавайте продвинутые эффекты
Настройки освещения в Shader Graph: расширение возможностей графов в Unity 2019
С выпуском Unity 2019.1 пакет Shader Graph официально получает статус готового к использованию! Unity 2019.2 предлагает новые функции и возможности, а также пример проекта.
Введение в Shader Graph: создавайте собственные шейдеры в визуальном редакторе
Unity 2018.1 вывела управляемость и гибкость на новый уровень и представила Shader Graph, который поможет как новичкам, так и профессионалам создавать новые шейдеры, например, текучую лаву, густую слизь, невероятные озера, мигающие светодиоды и многое другое.
Создание интерактивного вершинного эффекта в Shader Graph
Мы создали пример эффекта с интерактивным смещением вершин с помощью Shader Graph и LWRP, который поможет вам использовать данные функции для создания эффектов. В этой статье рассматривается процесс разработки эффекта.
Обновление Shader Graph в Unity 2018.3: узел Lit Master
В Unity 2018.3 появится новый мастер-узел HDRP для Shader Graph. Он называется Lit Master и открывает доступ к большинству улучшенных функций шейдинга HDRP в Shader Graph.
Движущиеся картины: создание анимированных материалов с Shader Graph
В Unity 2018.2 мы добавили вход Vertex Position в Shader Graph, реализовав возможность настраивать и анимировать меши. Узнайте о способах разработки шейдеров с анимацией вершин и о типичных вариантах реализации, например, шейдерах ветра и воды.
Обновления Shader Graph и пример проекта
В Unity 2018.1 появился новый инструмент Shader Graph, который позволяет создавать собственные шейдеры с помощью графического интерфейса. С тех пор мы добавили много новых и интересных функций. Познакомьтесь с примерами использования в демонстрационном проекте.
Shader — это не магия. Написание шейдеров в Unity. Введение
Всем привет! Меня зовут Дядиченко Григорий, и я основатель и CTO студии Foxsys. Сегодня хочется поговорить про шейдеры. Умение писать шейдеры (и в целом работать с рендером) очень важно при разработке под мобильные платформы или AR/VR, если хочется добиться крутой графики. Многие разработчики считают, что шейдеры — это магия. Что по ним мало хорошей информации, и что чтобы их писать нужно иметь, как мимимум, звание кандидата наук. Да, разработка шейдеров по своим принципам сильно отличается от клиентской разработки. Но основное понимать базовые принципы работы шейдеров, а так же знать их суть, чтобы в этом не было ничего магического и поиск информации по этой теме был простой задачей. Данная серия статей рассчитана на новичков, так что если вы разбираетесь в программировании шейдеров, данная серия вам не будет интересна. Всем же кто хочет разобраться в этой теме — добро пожаловать под кат!
Это вводная статья в которой я расскажу общие принципы написания шейдеров. Если тема будет интересна, то мы разберём уже подробнее в отдельных статьях: вершинные шейдеры, геометрические шейдеры, фрагментные/пиксельные шейдеры, трипланарные шейдеры, скринспейс эффекты и компьют шейдеры (OpenCL, СUDA и т.п.). И в целом всю ту магию, которую можно делать на GPU. Разбираться это будет в контексте стандартного рендер пайплайна Unity. Так LWRP и HDRP мне пока кажутся немного сыроватыми.
Что такое шейдер?
По сути это программа выполняемая на гпу, выходными данными которых является разная информация. В вершинных шейдерах — это параметры вершин меша. Пиксельные шейдеры выполняются попиксельно.
Для понимания того, как работают шейдеры нужно рассказать, что такое графический конвейер (graphic pipeline). Очень часто про эту тему говорят довольно сложными словами, но мы это немного упростим для понимания. Возьмём на примере OpenGL. В этом плане мне очень нравится эта картинка.
Если опустить детали связанные с освещением и т.п. То в целом с точки написания тех же Unlit шейдеров на hlsl суть такова. У нас есть в шейдере
где мы определяем, что вертексная часть шейдера будет писаться в функции vert, а фрагментная — в функции frag.
Структуры которые мы описываем в шейдере определяют какие данные мы будем забирать из меша и после обработки вертексным шейдером, которые висят на нашем MeshRenderer и MeshFilter объекте.
Дальше вертексный шейдер вычисляет получив на вход данные appdata и отдаёт результат в виде структуры v2f, которая дальнейшем пойдёт в фрагментный шейдер. Который в свою очередь уже рассчитает цвет пикселя. Так как информация v2f пишется только в вершины (которых меньше, чем пикселей), данные в фрагментной части интерполируются. Всё это можно представить как то, что vert считается в каждом вертексе независимо. Потом результат передаётся в фрагментную часть, где frag для каждого пикселя считается так же независимо. Так как вычисления производятся параллельно, в данных частях нет никакой информации о соседях (если не передавать её как-то хитро).
Более детально все нюансы, а так же множество примеров описаны в документации Unity docs.unity3d.com/Manual/SL-Reference.html
Языки программирования шейдеров
Дальше с точки зрения изучения шейдеров, когда эти языки уже не вызывают вопросов можно посмотреть какие возможности предоставляет сам по себе«UnityCG.cginc» и другие библиотеки написанные юнити, чтобы упростить себе работу.
Почему if в шейдерах — это плохо?
Тут важно понимать, как шейдеры исполняются на уровне железа и почему они такие быстрые, что могут выполнять миллионы операций не напрягаясь.
Основная идея графических процессоров — это максимальная параллельность вычислений. Тут нужно ввести такое понятие, как “волновой фронт”. По сути оно довольно простое, волновой фронт — это группа шейдеров выполняющая одну и туже последовательность операции. То есть с точки зрения гпу самый лучший вариант, когда в одно и тоже время выполняются одни и те же инструкции. Единственно различие в выполнении — это входные данные. Проблема ветвления в том, что может случиться ситуация, когда в одной группе шейдеров, шейдеры должны вызывать разные операции. Что в свою очередь приводит к созданию нового волнового фронта, копированию в него данных и т.п. А это очень дорого.
Там есть нюансы и исключения, но для того чтобы спокойно писать if, вы должны понимать, как он себя поведёт на целевой версии графического апи. Так как тот же самый OpenGL ES 2 или DX11 в этом плане сильно отличаются.
Зачем мне это знать, ведь есть нодовые редакторы?
Важно понимать, что нодовые редакторы — это в первую очередь инструмент для техникал артистов. Это специалисты, которые имеют экспертизу в математике, но в большей степени являются дизайнерами. Шейдеры типа wireframe (где требуется понимание барицентрических координат) или же преобразование к картезианским координатам, которое используется для хитрых проекций, в разы проще делать кодом, так же как и многие математические модели физических материалов. При этом с точки зрения шейдерного программиста вы по сути делаете кастомные ноды и инструменты для техникал артистов, чтобы творить реальную магию. Нодовые редакторы имеют ограниченный функционал с этой точки зрения. Поэтому важно уметь писать шейдеры на языках типа hlsl. Понимать то, как работает рендер и т.п.
Полезные ресурсы для изучения
С точки зрения изучения шейдерного программирования хорошим упражнением является переписывание шейдеров с www.shadertoy.com или glslsandbox.com. Кроме того существует крутой профиль специалиста из Unity, где можно посмотреть много интересного github.com/keijiro
Всё остальное — это математика и понимание физики эффектов. Это в чём-то похоже на смешивание ингредиентов, если не решается конкретная задача физического моделирования. Много любопытного можно сделать смешивая между собой шум, преломление, подповерхностное рассеивание света, каустику, эффект Френеля, реакцию диффузии и прочие физические свойства объектов. В целом шейдерное программирование это безусловно не элементарно, и там есть куда копать в глубину.
Если тема шейдеров будет интересно, то постараюсь выпустить серию на статей на эту тему, уже с конкретными примерами и туториалами на тему создания разных эффектов. Предлагайте в комментариях про что вам было бы интересно прочитать и какие темы изучить. Спасибо за внимание!
Все эффекты в статье — это запись эффектов шейдеров с shadertoy.
Использование и производительность встроенных шейдеров
Вопросы производительности
Есть несколько факторов, которые могут воздействовать на общую производительность в игре. На этой странице мы поговорим о вопросах производительности для встроенных шейдеров. Производительность шейдеров наиболее зависит от двух вещей: самого шейдера и какой режим рендеринга используется проектом или конкретной камерой. Для советов по производительности при написании своего шейдера смотрите страницу Производительность шейдеров ShaderLab.
Режимы рендеринга и производительность шейдеров
Из режимов рендеринга, поддерживаемых Unity, режимы отложенного освещения и вершинного освещения имеют наиболее предсказуемую производительность. В отложенном освещении каждый объект обычно рисуется дважды не зависимо от количества освещающих его источников света. В вершинном освещении каждый объект рисуется один раз. Таким образом, производительность в шейдерах при этом будет зависеть от того, как много текстур они используют и какие совершают расчеты.
Производительность шейдеров при упреждающем режиме рендеринга
При упреждающем типе рендеринга, производительность шейдера зависит и от самого шейдера, и от источников освещения в сцене. Следующий раздел поясняет это в деталях. Существует две основных (с точки зрения производительности) категории шейдеров: Vertex-Lit (вершинная подсветка) и Pixel-Lit (пиксельная подсветка).
Шейдеры Vertex-Lit в упреждающем режиме рендеринга всегда менее ресурсоёмки, чем Pixel-Lit шейдеры. Эти шейдеры работают с помощью расчёта освещения на вершинах меша, используя сразу все источники освещения. Поэтому, неважно сколько источников освещения освещают объект, он всё равно будет отрисован только один раз.
Pixel-Lit шейдеры рассчитывают итоговое освещение для каждого отрисовываемого пикселя. Из-за этого, объект должен быть отрисован один раз для получения освещения от окружения и от одного главного направленного источника света, и по одному разу для каждого дополнительного источника освещения, который его освещает. Это увеличивает нагрузку на CPU для обработки и отправки на графический адаптер команд, и нагрузку на GPU для обработки вершин и отрисовки пикселей. Пространство, занимаемое на экране попиксельно освещаемым объектом, также влияет на производительность отрисовки. Чем больше объект, тем больше придётся обработать пикселей и тем медленней будет проходить отрисовка.
Так что использование pixel lit шейдеров требует дополнительных ресурсов, но, зато, позволяет реализовать некоторые изумительные эффекты с помощью теней, карт нормалей, красивых отражаемых бликов и источников света с cookie текстурами (это лишь некоторые из возможностей).
Запомните, что можно форсировать тип рендеринга у источников освещения в пиксельный (“important”) или вершинный/SH (“not important”). Любой вершинный свет, попадающий на Pixel-Lit шейдер будет рассчитываться на основе вершин объекта или всего объекта, и не будет потреблять дополнительных ресурсов и выдавать эффекты, ассоциируемые с пиксельными источниками освещения.
Основа производительности шейдеров
Рассматривая встроенные шейдеры, они идут по мере увеличения сложности:
Mobile simplified shaders
Кроме того, в Unity существует несколько упрощённых шейдеров для использования на мобильных платформах, они расположены в категории “Mobile”. Эти шейдеры работают и на других платформах, так что если вам не мешают упрощения, которые в них внесены (например, усреднённые отражения, нет поддержки цветов для каждого материала и т.д.), попробуйте использовать их!
Some examples of changes that are common across the Mobile shaders are:
Шейдеры в Unity: введение в тему от Cyanilux
Привет! Это небольшое введение в тему шейдеров, что это такое и как они используются при рендере графики в Unity.
Что такое меш?
Прежде чем перейти конкретно к шейдерам, важно сначала получить базовое представление о том, что такое меш.
Меш содержит данные для 3D-модели, состоящие из вершин и того, как те соединяются в треугольники. Каждый треугольник состоит из 3 вершин, но каждая вершина может быть общей для нескольких треугольников (поэтому количество вершин не всегда будет втрое больше, чем треугольников).
Пример кубического меша, состоящего из 12 треугольников. В Blender (ПО для 3D-моделирования) это 8 вершин, однако при импорте в Unity цифра может измениться в зависимости от того, являются ли данные для каждой вершины одинаковыми у общих вершин.
Термины «меш» и «модель» обычно используются как взаимозаменяемые. Но если углубиться в детали, «меш» всегда относится к геометрии (вершины/треугольники), а «модель» может относиться к импортированному файлу, в котором иногда содержатся несколько объектов меша, сабмеши, а также материалы, анимация и т.д.
Когда мы говорим «вершина», мы обычно имеем в виду ее положение в трехмерном пространстве, но каждая вершина в меше может содержать множество фрагментов данных. Сюда входят такие данные, как:
Две вершины могут занимать одинаковое положение в 3D пространстве, но если не совпадают другие относящиеся к ним данные, в вершинных данных для них будет две отдельных записи.
Пример кубических мешей. Оба имеют по 12 треугольников, но у левого 24 вершины, а у правого 8.
Достаточно распространено, когда модель имеет равномерное затенение (flat shading), а не плавное (smooth shading) как на изображении выше. Равномерное затенение увеличит количество вершин, потому что нормали вершин у разных граней должны указывать в разных направлениях. (Этого может не случиться в самой программе моделирования, но произойдет при экспорте в Unity). Для плавного затенения используется среднее значение направлений, поэтому вершины можно использовать как общие, при условии, что остальные данные также совпадают!
Что такое шейдер?
Шейдер — это код, который выполняется на GPU (графическом процессоре), аналогично тому, как сценарий C # выполняется на центральном процессоре. В Unity отдельный файл «.shader» содержит программу шейдера, в которой обычно есть несколько «проходов» для рендеринга меша. Каждый проход содержит вершинный шейдер и фрагментный шейдер (иногда также называемый пиксельным шейдером). (Возможно, это немного сбивает с толку, но термин «шейдер» используется как для обозначения конкретных этапов, так и для программы / файла шейдера в целом).
Вершинный шейдер запускается для каждой вершины в меше и отвечает за преобразование трехмерных положений вершин (в пространстве объектов) в положения пространства отсечения (Геометрия отсекает невидимые камерой части объектов. Есть несколько дополнительных шагов, чтобы превратить это в положение на 2D экране. Надеюсь, я восполню пробелы в одном из следующих постов). Также он должен передавать из меша данные, которые потребуются для вычислений на этапе фрагментного шейдера (UV, нормали и т.д.).
В таких инструментах, как Shader Graph, все это обычно делается за нас, но важно понимать, что здесь происходит два отдельных этапа. В новых версиях есть Master Stack, чтобы четче разделить эти этапы. Он предоставляет нам порт Vertex Position, чтобы переопределить положение в пространстве объектов, прежде чем оно будет преобразовано в пространство отсечения, например, для Vertex Displacement. Мы также можем переопределить нормали и касательные, которые передаются на этап фрагментного шейдера, но Shader Graph обработает порты автоматически, если оставить поля пустыми.
Для каждого треугольника и вершины в этом треугольнике положения пространства отсечения, переданные из стадии вершин, используются для создания фрагментов — потенциальных пикселей на 2D-экране. Все данные для каждой вершины, переданные во фрагментный шейдер, также интерполируются по треугольнику. Вот почему у каждой вершины может быть указан один цвет, но треугольник получится градиентно окрашенным. (То же самое происходит с UV, что позволяет правильно наложить текстуру, а не просто брать цвет как один пиксель для каждой вершины)
Далее для этих фрагментов (потенциальных пикселей) запускается фрагментный шейдер. Он определяет цвет, который будет нарисован на экране (и в некоторых случаях выводит значение глубины). В результате может выводиться сплошной цвет с использованием цветов вершин, сэмплирование текстур и/или более сложный шейдинг с вычислениями освещения (название «шейдер» пошло от слова shade – тень).
В некоторых случаях бывает нужно отменить/отбросить пиксель из рендера (например, по alpha).
Код шейдера
Шейдеры в Unity написаны на HLSL (High Level Shading Language), хотя обычно вы увидите, что его называют CG. Особенно, если имеете дело со встроенным конвейером (Built-in Render Pipeline).
Вы всегда увидите этот шейдерный код между тегами CGPROGRAM / HLSLPROGRAM и ENDCG / ENDHLSL. (А еще можете увидеть CGINCLUDE / HLSLINCLUDE, который включает код в каждый проход шейдера).
Шейдеры для URP / HDRP всегда должны использовать HLSL-версии этих тегов, так как CG-теги включают некоторые дополнительные файлы, которые не нужны этим конвейерам. В противном случае это приведет к ошибке из-за переопределения в библиотеках шейдеров.
Технически Shaderlab имеет несколько устаревших способов создания шейдеров с фиксированными функциями, что означает отсутствие в надобности CG/HLSL PROGRAM, но я бы не стал беспокоиться об их изучении, поскольку программирование шейдеров намного полезнее.
В качестве альтернативы существуют редакторы шейдеров на основе нодов, такие как Shader Graph (официальный, доступен для URP или HDRP), Amplify Shader Editor (работает во всех конвейерах, но не бесплатный) и Shader Forge (больше не поддерживается, работает только в старых версиях Unity).
Проходы шейдера
Обычно шейдеры включают основной этап, который либо не имеет тега LightMode, либо использует один из таких тегов как UniversalForward (URP), ForwardBase (Built-in Pipeline) или Forward (HDRP), если шейдер предназначен для использования в прямом, а не в отложенном рендеринге (я немного объясню это в следующем разделе).