關于《Thinking in Unity3D》
筆者在研究和使用Unity3D的過程中，獲得了一些Unity3D方面的信息，同時也感嘆Unity3D設計之精妙。不得不說，筆者最近幾年的引擎研發工作中，早已習慣性的從Unity3D中尋找解決方案。
什么是材質？
材質是一個相對廣泛的概念，不同的專業領域有不同的定義。 在此也不一一舉例說明了，我們只說在3D游戲引擎中，材質的定義。
材質的本質定義，是指能夠描述一個物體的顯示外觀的一系列數據。它包括幾個方面
1、渲染狀態
渲染狀態是指早期的setRenderState那一套東西。比如，前后面裁剪，是否開啟混合，混合因子等等。
2、著色方式
著色方式，在固定管線年代，是通過一系列的API進設置。 在可編程管線年代。就對應的是我們的著色器代碼。
3、參數
不管是固定管線還是非固定管線，我們都可以設置一些參數用于著色計算。比如顏色，光源信息等等
4、紋理貼圖
紋理貼圖是表現一個物體表現的顏色細節的必不可少的東西。就是一張張圖片。
有了上面的這些數據后，我們就可以根據一定的運算規則，將一個幾何體的質感顯示為我們想要的樣子。
材質、Shader、模型關系圖
材質系統的常見需求
一個工具或者系統的設計不可能是憑空而出的。 一定是根據需求和經驗的積累，才形成了我們今天這種“材質系統”的概念。 說到這里，那么我們常見的材質系統需要做到什么樣子呢。
一、模板 + 實例
材質是一個模板，通過對某一個材質進行實例化，指定不同的數據和貼圖，就可以讓物體表現出不同的顯示效果。 和Class + Object的關系很像。
二、多Pass
有時候，我們為了實現一個繪制效果，靠單次繪制是無法實現的。比如描邊效果。 這就要求我們單個物體能夠在進行繪制的時候，多次提交材質并繪制。
三、多Technique
多Technique是指一個材質中，應該包含不只一個實現方案。 這樣當我們進行材質更替，或者進行高中低端機適配的時候。 就不會那么麻煩。 同時在數據管理上，也顯得更為規范。
四、高中低端機適配
高中低端機適配是一個很重要的特性，因為玩家的機型不可能是一樣的。 在需要保證效率的情況下，我們很多時候需要降低物體渲染的復雜度。在《3D游戲中的畫質與效率適配》一文中。筆者也描述過，有兩種方案。 一種是通過宏定義，一種是動態切換Technique。
總結下來，就是說一個材質模板文件應該像這樣的一個結構
MaterialTemplate
{
Technique
{
Pass{}
Pass{}
}
Technique
{
Pass{}
Pass{}
}
}
Unity3D中的材質系統
在說到Unity3D中的材質系統的時候，我們先來看一下我們創建一個材質需要做的事情。
一、創建一個Shader并編寫出自己想要的效果
二、創建一個Material并將這個Material的Shader指定為自己的材質
三、為這個Material設置參數，賦上貼圖等
四、將創建好的Material拖到對象上
我們再來看一個典型的Shader應該具備的內容
Shader "MyShader" { Properties { _MyTexture ("My Texture", 2D) = "white" { } // other properties like colors or vectors go here as well } SubShader { LOD 100 // here goes the 'meat' of your // - surface shader or // - vertex and program shader or // - fixed function shader Pass{} Pass{} } SubShader { LOD 1000 // here goes a simpler version of the SubShader // above than can run on older graphics cards Pass{} Pass{} } }
我們可以看到。 每一個Shader有多個SubShader，每一個SubShader有多個Pass。 這樣看起來和我們前面提到的MaterialTemplate結構幾乎一致。
而在Unity3D中。Shader就是材質模版。 Material就是一個材質實例。 每一個Material你可以認為是一個材質實例的序列化存儲。
Unity3D中的材質LOD
那對于前面提到的 高中低端機適配。 有兩種方法解決。一是通過宏定義，這個并不是Unity3D的推薦方式，且需要Shader編寫的相關知識，在這里不作詳細討論。 如果有興趣的朋友，可以訪問括號中的鏈接（http://docs.unity3d.com/Manual/SL-MultipleProgramVariants.html），以后的文章在涉及Unity3D的Shader編寫方面的內容時，再進行討論。 在此主要討論Unity3D中通過材質LOD進行畫質控制。
在Unity3D的Shader中，可以為每一個SubShader指定一個LOD值，這個LOD值可以通過設置Shader.globalMaximumLOD和Shader.maximumLOD來實現SubShader的切換。所有的SubShader按順序進行判定，當一個SubShader滿足下面兩個條件時，才表明可用。
1、SubShaderLOD值小于設定的值。（你可以把LOD看作是開銷，開銷越大的SubShader指定越高的LOD值）
2、SubShader所有Pass使用到的顯卡特性被當前設備支持。
注：Shader API文檔地址：http://docs.unity3d.com/ScriptReference/Shader.html
注：Shader LOD文檔地址：http://docs.unity3d.com/Manual/SL-ShaderLOD.html
注：Unity3D為每一檔的內置Shader都設置了一個默認值，在LOD文檔中有
注：如果不指定LOD值，那LOD=infinite 。 你可以當它是一個小于0的值。
注：這個值除了可以自己給以外，還可以在Edit->Project Settings->Quality面板中指定，如下圖
設置面板
Unity3D中的材質替換
官方文檔地址：http://docs.unity3d.com/Manual/SL-ShaderReplacement.html
夜視效果
有時候，我們希望能夠進行一些特殊操作。將場景物體的按另一種渲染方式渲染到RT中。 比如，僅渲染物體的深度，把物體渲染成純白，把物體渲染成紅綠熱成像模式等等。但是，我們的材質在一開始就指定好了。如果要替換的話，就需要遍歷所有對像，為它們重新指定材質。渲染完畢后，再切換回來。Unity3D為我們提供了更直接的方式。Camera.RenderWithShader和Camera.SetReplacementShader。前者是僅作用一次，后者是一直生效，如果想取消設置。 使用Camera.ResetReplacementShader即可。
那么問題來了，我們有時候只想渲染一些特殊的物體。比如，我們想處理除主角以外的內容。 這就需要對主角進行剔除。 那上面兩個函數的第二個參數replacementTag就起作用了。如果設置了它，在進行材質替換時，它會和SubShader中的 RenderType的值 進行比對。 比如，我們即將替換的材質如下。
Shader "EffectShader" { SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" } Pass { ... } } SubShader { Tags { "RenderType"="SomethingElse" } Pass { ... } } ... }
如果我們調用了camera.SetReplacementShader (EffectShader, "RenderType");那么，一個物體在被渲染時，會產生以下幾種結果。
1、如果物體當前激活的SubShader的RenderType是Opaque，那么將會采用EffectShader的第一個SubShader。
2、如果物體當前激活的SubShader的RenderType是SomethingElse，那么將會采用EffectShader的第二個SubShader。
3、如果物體當前激活的SubShader的RenderType在EffectShader中沒有與之對應的項，此物體將會在渲染中被忽略。
4、如果物體當前激活的SubShader沒有RenderType這個Tag,此物體將會在渲染中被忽略。
結束語
Unity3D擁有著一個靈活的渲染管線和自由的材質系統。與其它圖形引擎不一樣的是，Unity3D針對游戲需求所留出來的接口非常好用。
而本文僅僅是對Unity3D的材質系統進行初步的描述。要想完全把Unity3D的材質系統總結出來，不是一兩篇文章可以搞定的。Unity3D文檔中的 Shader Reference可以作為一個十分不錯的開始http://docs.unity3d.com/Manual/SL-Reference.html
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