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Chinese

Unity Shaders and Rendering

Unity 着色器与渲染

Overview

概述

Reference for Unity's rendering systems, shader development, lighting configuration, and visual effects. Covers all three render pipelines, Shader Graph, hand-written shaders, and VFX Graph.

Unity渲染系统、着色器开发、光照配置及视觉效果参考指南。涵盖三种渲染管线、Shader Graph、手写着色器及VFX Graph。

Render Pipeline Comparison

渲染管线对比

Feature	Built-in RP	URP	HDRP
Target	Legacy projects	Mobile, VR, wide range	High-end PC/console
Shader language	Surface shaders + HLSL	HLSL (no surface shaders)	HLSL
Shader Graph	Yes	Yes	Yes
SRP Batcher	No	Yes	Yes
Render Features	No	Yes (ScriptableRendererFeature)	Custom Pass
Post-processing	Post Processing Stack v2	Volume system (built-in)	Volume system (built-in)
Ray tracing	No	No (probe-based)	Yes (DXR)
Performance	Moderate	Optimized for scale	Highest fidelity

Recommendation: Use URP for new projects unless targeting high-end visuals exclusively (HDRP). Built-in RP is legacy -- migrate when possible.

特性	内置管线（Built-in RP）	URP	HDRP
目标场景	遗留项目	移动端、VR及广泛场景	高端PC/主机
着色器语言	Surface着色器 + HLSL	HLSL（无Surface着色器）	HLSL
Shader Graph支持	是	是	是
SRP批处理	否	是	是
渲染功能	否	是（ScriptableRendererFeature）	自定义通道（Custom Pass）
后处理	Post Processing Stack v2	内置Volume系统	内置Volume系统
光线追踪	否	否（基于探针）	是（DXR）
性能表现	中等	针对规模化场景优化	最高画质

建议： 新项目优先使用URP，除非专门针对高端视觉效果选择HDRP。内置管线已属遗留技术，建议尽可能迁移。

Shader Graph

Getting Started

入门指南

Right-click in Project: Create > Shader Graph > URP > Lit Shader Graph
Double-click to open Shader Graph editor
Build node network connecting to Master Stack outputs
Create a Material using the shader, assign to renderers

在项目窗口右键：创建 > Shader Graph > URP > 光照着色器图（Lit Shader Graph）
双击打开Shader Graph编辑器
构建节点网络并连接至主栈输出
使用该着色器创建材质，分配给渲染器

Master Stack Outputs (URP Lit)

URP光照主栈输出

Output	Type	Purpose
Base Color	Color (RGB)	Albedo/diffuse color
Normal	Vector3	Tangent-space normal map
Metallic	Float (0-1)	Metal vs. dielectric
Smoothness	Float (0-1)	Roughness inverse
Emission	Color (RGB)	Self-illumination
Alpha	Float (0-1)	Transparency
Alpha Clip Threshold	Float	Cutoff for alpha testing

输出项	类型	用途
基础颜色（Base Color）	颜色（RGB）	反照率/漫反射颜色
法线（Normal）	向量3（Vector3）	切线空间法线贴图
金属度（Metallic）	浮点数（0-1）	金属材质 vs 绝缘材质
光滑度（Smoothness）	浮点数（0-1）	粗糙度的倒数
自发光（Emission）	颜色（RGB）	自发光效果
透明度（Alpha）	浮点数（0-1）	透明度
Alpha裁剪阈值（Alpha Clip Threshold）	浮点数	Alpha测试的截断值

Common Node Patterns

常见节点模式

Effect	Key Nodes
Dissolve	Noise > Step > Alpha Clip + Edge emission
Scrolling UV	Time > Multiply > Add to UV
Fresnel glow	Fresnel Effect > Multiply color > Emission
Triplanar mapping	Triplanar node (avoids UV stretching)
Color shift	Lerp between colors using parameter or time
Vertex displacement	Noise > Multiply > Add to Position
Outline	Two-pass: inverted hull in custom render feature

效果	核心节点
溶解效果	噪声（Noise）> 阶跃（Step）> Alpha裁剪 + 边缘自发光
UV滚动	时间（Time）> 乘法（Multiply）> 叠加至UV
菲涅尔发光	菲涅尔效果（Fresnel Effect）> 颜色乘法 > 自发光
三平面映射	三平面节点（避免UV拉伸）
颜色偏移	使用参数或时间在颜色间插值（Lerp）
顶点位移	噪声（Noise）> 乘法（Multiply）> 叠加至位置（Position）
轮廓线	双通道：在自定义渲染功能中使用反转外壳

Shader Graph Sub Graphs

Shader Graph子图

Extract reusable node groups into Sub Graphs (Create > Shader Graph > Sub Graph). Use for shared noise functions, UV transformations, or custom lighting models.

将可复用的节点组提取为子图（创建 > Shader Graph > 子图）。适用于共享噪声函数、UV变换或自定义光照模型。

Hand-Written Shaders (ShaderLab + HLSL)

手写着色器（ShaderLab + HLSL）

URP Shader Structure

URP着色器结构

hlsl

Shader "Custom/SimpleUnlit"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }

    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }

        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

            struct Attributes
            {
                float4 positionOS : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct Varyings
            {
                float4 positionHCS : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            TEXTURE2D(_MainTex);
            SAMPLER(sampler_MainTex);

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
                float4 _MainTex_ST;
                half4 _Color;
            CBUFFER_END

            Varyings vert(Attributes IN)
            {
                Varyings OUT;
                OUT.positionHCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);
                OUT.uv = TRANSFORM_TEX(IN.uv, _MainTex);
                return OUT;
            }

            half4 frag(Varyings IN) : SV_Target
            {
                half4 tex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);
                return tex * _Color;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

Key differences from Built-in shaders:

Use
```
HLSLPROGRAM
```
/
```
ENDHLSL
```
(not
```
CGPROGRAM
```
/
```
ENDCG
```
)
Include URP shader library, not UnityCG.cginc
Use
```
TEXTURE2D
```
/
```
SAMPLER
```
macros (not
```
sampler2D
```
)
Wrap properties in
```
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
```
for SRP Batcher compatibility

hlsl

Shader "Custom/SimpleUnlit"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }

    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }

        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

            struct Attributes
            {
                float4 positionOS : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct Varyings
            {
                float4 positionHCS : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            TEXTURE2D(_MainTex);
            SAMPLER(sampler_MainTex);

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
                float4 _MainTex_ST;
                half4 _Color;
            CBUFFER_END

            Varyings vert(Attributes IN)
            {
                Varyings OUT;
                OUT.positionHCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);
                OUT.uv = TRANSFORM_TEX(IN.uv, _MainTex);
                return OUT;
            }

            half4 frag(Varyings IN) : SV_Target
            {
                half4 tex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);
                return tex * _Color;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

与内置着色器的主要差异：

使用
```
HLSLPROGRAM
```
/
```
ENDHLSL
```
（而非
```
CGPROGRAM
```
/
```
ENDCG
```
）
引入URP着色器库，而非UnityCG.cginc
使用
```
TEXTURE2D
```
/
```
SAMPLER
```
宏（而非
```
sampler2D
```
）
将属性包裹在
```
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
```
中，以兼容SRP批处理

Lighting

光照

Light Types

光照类型

Type	Use For	Shadow Cost
Directional	Sun, global illumination	Low (cascaded shadow maps)
Point	Torches, lamps	Medium
Spot	Flashlights, stage lights	Medium
Area (baked only)	Soft window light, panels	High (bake only)

类型	适用场景	阴影开销
方向光	太阳、全局光照	低（级联阴影贴图）
点光源	火把、灯具	中
聚光灯	手电筒、舞台灯光	中
区域光（仅烘焙）	柔和窗户光、面板光	高（仅烘焙）

Lighting Modes

光照模式

Mode	Description	Best For
Realtime	Computed every frame	Dynamic objects, few lights
Baked	Pre-computed into lightmaps	Static environments
Mixed	Baked indirect + realtime direct	Best balance

模式	描述	最佳适用场景
实时	每帧计算	动态物体、少量光源
烘焙	预计算至光照贴图	静态场景
混合	烘焙间接光照 + 实时直接光照	最佳平衡方案

Lightmap Baking Tips

光照贴图烘焙技巧

Set lightmap resolution based on scene scale (10-40 texels/unit for indoor)
Use Light Probes for dynamic objects in baked scenes
Use Reflection Probes for metallic/reflective surfaces
Enable GPU Lightmapper for faster bake times
Mark objects as Contribute GI in the Static flags

根据场景比例设置光照贴图分辨率（室内场景建议10-40 texels/单位）
在烘焙场景中为动态物体使用光照探针（Light Probes）
为金属/反光表面使用反射探针（Reflection Probes）
启用GPU光照贴图器以加快烘焙速度
在静态标记中设置物体为"贡献GI（Contribute GI）"

Post-Processing (Volume System)

后处理（Volume系统）

text

Setup:
1. Add a Volume (Global or Local) to the scene
2. Create a Volume Profile asset
3. Add overrides: Bloom, Color Adjustments, Tonemapping, etc.
4. Camera must have Post Processing enabled (URP Camera settings)

Effect	Performance	Notes
Bloom	Low	Use threshold to control intensity
Color Adjustments	Very Low	Saturation, contrast, color filter
Tonemapping	Very Low	ACES for cinematic look
Vignette	Very Low	Frame darkening
Ambient Occlusion (SSAO)	Medium	Disable on mobile
Depth of Field	High	Use Bokeh only for cinematics
Motion Blur	Medium	Can cause motion sickness in VR

text

设置步骤：
1. 向场景添加Volume（全局或局部）
2. 创建Volume Profile资源
3. 添加覆盖效果：Bloom、颜色调整、色调映射等
4. 相机需启用后处理（URP相机设置）

效果	性能开销	说明
Bloom	低	使用阈值控制强度
颜色调整	极低	饱和度、对比度、颜色滤镜
色调映射	极低	使用ACES实现电影级效果
暗角	极低	画面边缘暗化
环境光遮蔽（SSAO）	中	移动端建议禁用
景深	高	仅在影视化场景中使用散景效果
运动模糊	中	VR场景中可能引发晕动症

VFX Graph vs Particle System

VFX Graph vs 粒子系统

Feature	Particle System (Shuriken)	VFX Graph
Execution	CPU	GPU (compute shader)
Particle count	Thousands	Millions
Complexity	Component-based, simple	Node-based, complex
Platform	All	Compute shader capable only
Integration	Physics, collision	Limited physics

Use Particle System for gameplay-integrated effects (physics collisions, small counts). Use VFX Graph for visual spectacles (rain, fire, magic, ambient particles).

特性	粒子系统（Shuriken）	VFX Graph
执行方式	CPU	GPU（计算着色器）
粒子数量	数千级	数百万级
复杂度	组件化、简单	节点化、复杂
支持平台	所有平台	仅支持具备计算着色器能力的平台
集成度	物理、碰撞	物理集成有限

粒子系统适用于与游戏玩法集成的效果（物理碰撞、少量粒子）。VFX Graph适用于视觉奇观（雨、火、魔法、环境粒子）。

URP Render Features

URP渲染功能

Extend URP rendering with custom ScriptableRendererFeatures:

csharp

public class OutlineFeature : ScriptableRendererFeature
{
    OutlinePass _pass;

    public override void Create()
    {
        _pass = new OutlinePass();
        _pass.renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques;
    }

    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData data)
    {
        renderer.EnqueuePass(_pass);
    }
}

Common uses: custom outlines, screen-space effects, render texture generation, stencil-based effects.

通过自定义ScriptableRendererFeature扩展URP渲染：

csharp

public class OutlineFeature : ScriptableRendererFeature
{
    OutlinePass _pass;

    public override void Create()
    {
        _pass = new OutlinePass();
        _pass.renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques;
    }

    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData data)
    {
        renderer.EnqueuePass(_pass);
    }
}

常见用途：自定义轮廓线、屏幕空间效果、渲染纹理生成、基于模板的效果。

Additional Resources

额外资源

Reference Files

参考文件

references/shader-recipes.md
-- Complete shader implementations: toon/cel shading, water, dissolve, hologram, force field, procedural skybox, stencil portal, vertex animation, custom lighting models
references/lighting-vfx-detail.md
-- Advanced lighting setups, GI troubleshooting, VFX Graph cookbook (fire, smoke, electricity, portals), Scriptable Render Pipeline customization, custom render passes

references/shader-recipes.md
-- 完整着色器实现：卡通着色、水效果、溶解、全息图、力场、程序化天空盒、模板传送门、顶点动画、自定义光照模型
references/lighting-vfx-detail.md
-- 高级光照设置、GI故障排查、VFX Graph食谱（火焰、烟雾、电流、传送门）、可脚本化渲染管线定制、自定义渲染通道