说明

Shader，中文称为着色器，是一种特殊的程序，主要用于计算机图形学中，尤其是在实时渲染领域，如游戏开发、影视特效等。它的核心功能是告诉图形处理器（GPU）如何计算和应用颜色及视觉效果到场景中的每个像素或顶点上。

具体来说，Shader可以分为以下几类：

1. 顶点着色器（Vertex Shader）：处理3D模型的顶点信息，包括位置、颜色、纹理坐标等，可以实现顶点级别的变形、动画效果以及光照计算的初步设置。

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2. 像素（片段）着色器（Pixel Shader / Fragment Shader）：在顶点着色之后，负责计算每个像素的颜色和外观，包括光照、阴影、颜色混合、纹理贴图等细节效果。

除此之外，还有其他类型的Shader，如几何着色器（Geometry Shader）、计算着色器（Compute Shader）、 tessellation shader（细分曲面着色器）等，它们各自负责图形渲染流程的不同阶段，提供更高级别的控制和视觉效果。

Shader编写通常使用特定的编程语言，如HLSL（用于DirectX）、GLSL（用于OpenGL）或CG（一种跨平台的着色语言）。在游戏引擎中，如Unity或Unreal Engine，开发者可以使用这些语言编写自定义Shader，以达到独特的视觉效果，或者利用引擎提供的预置Shader。

简而言之，Shader是现代计算机图形渲染中不可或缺的一部分，它极大地丰富了数字内容的表现力，使得游戏和电影能够展现出令人惊叹的视觉效果。

基础

Shader基础主要包括以下几个核心概念和组成部分：

1. 着色器类型：

   • 顶点着色器（Vertex Shader）：处理模型的顶点信息，可以改变顶点的位置、颜色、纹理坐标等属性，影响模型的形状和位置。
   • 片段（像素）着色器（Fragment/Pixel Shader）：决定每个像素最终的颜色，负责纹理映射、光照计算、颜色混合等效果。
   • 几何着色器（Geometry Shader）：允许创建、销毁或修改图元（如点、线、三角形）。
   • 计算着色器（Compute Shader）：用于执行通用计算任务，不直接参与渲染管线，但可处理图像处理、物理模拟等计算密集型任务。
   • 表面着色器（Surface Shader）（Unity特有）：提供更高层次的抽象，简化编写过程，自动处理光照模型、阴影等，用户只需关注表面外观。

2. Shader语言：常见的Shader编程语言包括HLSL（用于DirectX）、GLSL（用于OpenGL）、Cg（跨平台，支持OpenGL和DirectX）等。在Unity中，使用ShaderLab语言编写，这是一种结合了Cg/HLSL代码片段的高级着色器语言。

3. Shader结构：基本的Shader结构通常包含定义（例如Shader "Custom/MyShader"）、属性（Properties块，定义艺术家可调整的参数）、子着色器（SubShader块，包含多个Pass块，描述渲染步骤）和备用着色器（Fallback，当当前硬件不支持主着色器时的备选方案）。

4. 渲染管线：理解固定管线与可编程管线的概念，现代图形渲染大量依赖可编程管线，即通过顶点着色器和片段着色器自定义渲染过程。

5. 光照模型：了解基本的光照模型，如Lambert（漫反射）、Blinn-Phong（镜面反射）等，以及PBR（基于物理的渲染）原则，这些影响物体表面如何响应光照。

6. 纹理与采样：学习如何在Shader中使用纹理映射，包括纹理坐标、采样、纹理混合等技术。

7. 条件与循环：掌握在Shader代码中使用条件语句（if-else）和循环（for, while）进行逻辑控制。

学习Shader编程时，从简单的颜色变化开始，逐步深入到复杂的光照、纹理和表面效果，是循序渐进的过程。Unity和Unreal Engine等游戏引擎提供了可视化Shader编辑器，便于初学者理解和实践，同时也有利于快速迭代和调试。

过程

如果你是零基础开始学习Shader，以下是一些建议的学习路径和资源，帮助你逐步掌握这一技能：

1. 基础理论学习

• 理解图形渲染管线：首先，了解图形渲染的基本原理，包括顶点处理、光栅化、像素着色等步骤。这有助于你明白Shader在整个渲染流程中的作用。
• 学习图形学基础：了解向量、矩阵运算、线性代数、色彩空间（RGB、HSV等）和基本的光照模型（如漫反射、高光反射）。

2. 选择学习平台和语言

• 选择学习平台：Unity和Unreal Engine是两个常用的游戏引擎，它们都支持Shader编写。对于初学者，Unity因其广泛的教程资源和用户友好的界面而成为不错的选择。
• 学习Shader语言：Unity主要使用ShaderLab和Cg/HLSL，而Unreal使用Unreal Material System和HLSL。开始时，可以从GLSL或HLSL入手，因为它们是更广泛使用的Shader语言。

3. 实践基础Shader

• 编写第一个Shader：从最简单的改变物体颜色开始，理解如何在Shader中设置颜色，并将其应用于对象。
• 纹理映射：学习如何将纹理应用到3D模型上，理解纹理坐标和采样器的工作原理。
• 光照基础：实现基本的光照模型，如Lambertian漫反射，理解如何在Shader中处理光照信息。

4. 在线资源与教程

• 官方文档：Unity和Unreal Engine的官方文档提供了丰富的Shader教程和示例代码。
• 在线课程：网站如Udemy、Coursera、Bilibili上有许多免费和付费的Shader编程课程，适合不同水平的学习者。
• 书籍：《Real-Time Rendering》、《The Book of Shaders》、《Unity Shader and Effects Cookbook》等书籍是深入学习的好资源。
• 社区与论坛：加入Unity论坛、Reddit的r/GraphicsProgramming等社区，遇到问题时寻求帮助，也能看到其他人的项目和经验分享。

5. 持续实践与项目

• 模仿与创造：尝试模仿现有的游戏或项目中的视觉效果，然后在此基础上创新，创建自己的Shader。
• 小项目实践：通过制作简单的小项目（如2D游戏特效、3D模型材质编辑）来应用所学知识。

记住，Shader编程是一个实践性很强的领域，理论学习结合大量的动手实践是进步的关键。随着经验的积累，你会逐渐掌握更高级的技术，如物理渲染（PBR）、体积渲染、屏幕后处理效果等。加油！

调试

要在Visual Studio Code (VSCode) 中运行和调试GLSL（OpenGL Shading Language）代码，你需要借助一些插件和配置来辅助完成。以下是一些基本步骤来帮助你在VSCode中运行GLSL：

1. 安装必要的插件

• GLSL语言支持：首先，确保你的VSCode安装了支持GLSL语法高亮和基本代码补全的插件。可以通过访问VSCode的扩展市场搜索“GLSL”来安装相关插件，如“GLSL”或“GLSL Sandbox”。
• Shader Playground：可选地，你可以安装“Shader Playground”这样的插件，它允许你直接在编辑器内预览GLSL着色器的效果。

2. 配置任务运行

虽然直接在VSCode中“运行”GLSL代码并不像运行常规脚本那样直接，因为GLSL代码需要在图形API（如OpenGL或WebGL）上下文中执行，但你可以通过以下方式设置：

• 创建一个任务来编译或使用外部工具（如glslangValidator）验证你的GLSL代码。
• 如果你想在WebGL环境中测试GLSL代码，可以设置一个任务来启动一个本地服务器，并在浏览器中查看效果。

3. 使用外部工具编译GLSL

• 安装glslangValidator或其他GLSL编译器，并将其添加到系统PATH中。
• 在VSCode中创建一个新的任务（通过菜单栏的Terminal > Configure Tasks），编写一个任务来调用此编译器编译你的GLSL文件。

4. 集成WebGL或OpenGL应用

• 对于WebGL，你可以编写一个简单的HTML和JavaScript文件来加载和运行你的着色器。使用Live Server插件在VSCode中实时预览这个页面。
• 对于OpenGL应用，你需要一个运行时环境来编译和链接你的着色器。这通常涉及到一个外部项目，比如使用C++或其它语言编写的OpenGL应用。在VSCode中，你可以配置任务来编译和运行这个外部应用。

5. 调试

• 虽然直接在VSCode中调试GLSL代码较为复杂，但对于WebGL，你可以在浏览器的开发者工具中调试着色器。
• 对于更专业的调试需求，可能需要更复杂的设置，如使用外部调试器或特定于平台的工具。

综上所述，VSCode本身并不能直接“运行”GLSL代码，但你可以通过上述方式配置和整合工具，使编写、编译、预览和调试GLSL变得更加方便。