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unity3d:如何系统的学习 Unity 3D 中的 shader 编写（nvidia cg 编程）？
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相信一定也有很多做unity3d开发的朋友对shader这一块有疑问。unity3d算是比较新的引擎，最近手游又比较火，很多unity3d程序猿应该是从其他专业转过来的，比如本人以前就是搞java web开发的，所以对这一块的知识体系不太了解。
我看了nvidia官网上的
The Cg Tutorial: Chapter 1. Introduction ，算是稍微入了点门，
Cg Programming/Unity 中的一些例子（有很多看不懂的），结合unity3d官方文档，能写一些简单的shader，但复杂的东西就不太懂了（比如上次看到一个镜面反射的例子，里面有些矩阵运算，不太明白那算法怎么来的，当然自己线性代数不好也是硬伤）。
感觉cg编程涉及的东西很多，数学、物理、编程、3D模型什么的都要懂一些，要学的东西很多很杂，有些迷茫。
不想再东拼西凑找例子，这里拷一段那里拷一段的写shader，而是按照自己的想法写。
请问有什么好书籍可以帮助我系统地学习这一块的知识（ 包括计算机图形学、数学等各个方面的书籍）？
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谢邀，这会是个比较漫长的学习过程
（一）国内引进出版的书籍
国内引进或出版的图形学书籍很多，但是大部分是糟粕，看它们是浪费时间
3D数学基础:图形与游戏开发
这本可以补数学基础，矩阵变换，线性代数啥的
图形着色器:理论与实践(第2版)
这本是比较新的讲 opengl shader 的
DirectX 9.0 3D游戏开发编程基础
这本是国内出版或引进的 d3d 书籍中唯一能看的
（二）国内没有引进的书籍，可以下载电子版或上淘宝买打印版
OpenGL Shading Language
可以认为是 glsl 的圣经
Introduction to 3D Game Programming: With Directx 11
可以认为是 d3d11 的圣经，这本是
DirectX 9.0 3D游戏开发编程基础 的升级版
（三）个人推荐
3D数学基础:图形与游戏开发
DirectX 9.0 3D游戏开发编程基础
Introduction to 3D Game Programming: With Directx 11
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自己回答一下，再补充两本书：
1.《Unity Shaders and Effects Cookbook》 下载地址：
主要讲Unity的Surface Shader 编程技巧，非常实用。除了光照以外还有Image effects在Unity中的实现。强力推荐。
2. 《Real-Time Rendering》下载地址：
比较底层的内容，夯实基础（自己还没看完）
发现了新的好书再继续更新！
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仅针对你只想学些shader编程来讲：
1、先要明白shader在整个3D流水线中的地位或者是作用，建立流水线概念的过程，是理解整个当代3D的基础。
2、把Unity当做shader编辑器，这一方面讲，unity的确也是不错的，:)。由简到难的分析和实验各个shader，调试各种参数，用unity的所见即所得界面，了解shader内部代码的意义。
3、就每个遇到的问题，在互联网上查找该问题的可能的答案。如Diffuse light的算法公式究竟是什么，shadow map的矩阵干嘛用的。在这块上，请尽量查找英文资料，会痛快些。
就这么三点，第一点是面，能帮助自己确定方向。第三点是点，知道自己的短线位置在哪里。书籍不举例，只知道我第一本看的书是《3D游戏编程大师技巧》。后来在各种查找过程中，各种不同的书籍自然会进入自己的腰包，没有一本是需要全部读完的。但是读完所有的每本的某一个部分，应该每本书都算是读完了，你明白的。
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数学推荐这部——《Mathematics for 3D Game Programming and Computer Graphics 3rd》另外就是看看这个推荐
游戏程序员养成计划 (更新)
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我比较推荐《交互式计算机图形学:基于OpenGL的自顶向下方法(第6版)》
配合《计算机图形学/基于3D图形开发技术》食用风味更佳。
学习shader会遇到一些比较基础的数学问题，google、wiki和度娘基本能够解决。
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unity的shader浅浅的包装了一下cg。类似fx。总之就是一个DSL，对cg和渲染流程做了一些描述。所以基本上，你还是需要了解shader语言及基本的渲染流程。
@张静vinjn和
@kUANG tOBY提到的书对头。
速学的话，我补充一本：《GPU Programming And Cg Language Primer 1rd Edition》。国内的人写的小册子，很不错。
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不明觉厉啊 先入门后再看看这些大头书吧如何系统的学习 Unity 3D 中的 shader 编写_百度知道
如何系统的学习 Unity 3D 中的 shader 编写
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　　这会是个比较漫长的学习过程　　（一）国内引进出版的书籍　　国内引进或出版的图形学书籍很多，但是大部分是糟粕，看它们是浪费时间　　3D数学基础:图形与游戏开发　　这本可以补数学基础，矩阵变换，线性代数啥的　　图形着色器:理论与实践(第2版)　　这本是比较新的讲 opengl shader 的　　DirectX 9.0 3D游戏开发编程基础　　这本是国内出版或引进的 d3d 书籍中唯一能看的　　（二）国内没有引进的书籍，可以下载电子版或上淘宝买打印版　　OpenGL Shading Language　　可以认为是 glsl 的圣经　　Introduction to 3D Game Programming: With Directx 11　　可以认为是 d3d11 的圣经，这本是 DirectX 9.0 3D游戏开发编程基础 的升级版　　（三）个人推荐　　3D数学基础:图形与游戏开发　　DirectX 9.0 3D游戏开发编程基础　　Introduction to 3D Game Programming: With Directx 11转载
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Unity ShaderLab学习总结
发布于： 13:56
Why Bothers？
为什么已经有这种可视化Shader编辑器、为什么Asset Store已经有那么多炫酷的Shader组件可下载，还是有必要学些Shader的编写？
726 || this.offsetHeight>700){if(this.offsetWidth/726 > this.offsetHeight/700){this.width=726;}else{this.height=700;}}" style="max-width:726max-height:700" onclick="if(this.parentNode.tagName!='A'&&this.width>screen.width-461) window.open(this.src);" />
因为上面这些Shader工具/组件最终都是以Shader文件的形式而存在。需要开发人员/技术美术有能力对Shader进行功能分析、效率评估、选择、优化、甚至是Debug。对于特殊的需求，可能还是直接编写Shader比较实际、高效。总之，Shader编写是重要的；但至于紧不紧急，视乎项目需求。
Youtube： （包括part1-6）。视频是最佳的学习方式没有之一，所以墙裂建议就算不看下文的所有内容，都要去看一下part1。书籍：《Unity 3D ShaderLab开发实战详解》Unity各种官方文档
本文只讨论Unity ShaderLab相关的知识和使用方法。但，
既不讨论渲染相关的基础概念；基础概念可参考等文章。作为移动设备GPU和桌面GPU的最大不同点，也是重要的概念。也不讨论具体的渲染技巧。
使用Shader
726 || this.offsetHeight>700){if(this.offsetWidth/726 > this.offsetHeight/700){this.width=726;}else{this.height=700;}}" style="max-width:726max-height:700" onclick="if(this.parentNode.tagName!='A'&&this.width>screen.width-461) window.open(this.src);" />
如上图，一句话总结：
1. GameObject里有MeshRenderer，
2. MeshRenderer里有Material列表，
3. 每个Material里有且只有一个Shader；
4. Material在编辑器暴露该Shader的可调属性。
所以关键是怎么编写Shader。
Shader基础
使用MonoDevelop这反人类的IDE来编写Shader居然是让人满意的。有语法高亮，无语法提示。
如果习惯VisualStudio，可以如下实现.Shader文件的语法高亮。
下载作者donaldwu自己添加的关键词文件。其包括了Unity ShaderLab的部分关键字，和HLSL的所有关键字。关键字以后持续添加中。将下载的usertype.dat放到Microsoft Visual Studio xx.x\CommonX\IDE\文件夹下；打开VS，工具&选项&文本编辑器&文件扩展名，扩展名里填“shader”，编辑器选VC++，点击添加；重启VS，Done。
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader&
{
&& &// ...
}
726 || this.offsetHeight>700){if(this.offsetWidth/726 > this.offsetHeight/700){this.width=726;}else{this.height=700;}}" style="max-width:726max-height:700" onclick="if(this.parentNode.tagName!='A'&&this.width>screen.width-461) window.open(this.src);" />
Shader的名字会直接决定shader在material里出现的路径
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader& {
&& &SubShader
&& &{
&& & & &//...
&& &}
}
一个Shader有多个SubShader。一个SubShader可理解为一个Shader的一个渲染方案。即SubShader是为了针对不同的显卡而编写的。每个Shader至少1个SubShader、理论可以无限多个，但往往两三个就足够。
SubShader和显卡的兼容性判断，和SubShader的标签、Pass的标签和显卡支持的“Unity渲染路径”有关。这些都会在下面逐一提到。
SubShader的Tag
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader& {
&& &SubShader
&& &{
&& & & &Tags { &Queue&=&Geometry+10& &RenderType&=&Opaque& }
&& & & &//...
&& &}
}
SubShader内部可以有标签（Tags）的定义。Tag指定了这个SubShader的渲染顺序（时机），以及其他的一些设置。
&Queue&标签。定义渲染顺序。预制的值为&Background&。值为1000。比如用于天空盒。&Geometry&。值为2000。大部分物体在这个队列。不透明的物体也在这里。这个队列内部的物体的渲染顺序会有进一步的优化（应该是从近到远，early-z test可以剔除不需经过FS处理的片元）。其他队列的物体都是按空间位置的从远到近进行渲染。&AlphaTest&。值为2450。已进行AlphaTest的物体在这个队列。&Transparent&。值为3000。透明物体。&Overlay&。值为4000。比如镜头光晕。用户可以定义任意值，比如&Queue&=&Geometry+10&&RenderType&标签。Unity可以运行时替换符合特定RenderType的所有Shader。或者配合使用。Unity内置的RenderType包括：&Opaque&：绝大部分不透明的物体都使用这个；&Transparent&：绝大部分透明的物体、包括粒子特效都使用这个；&Background&：天空盒都使用这个；&Overlay&：GUI、镜头光晕都使用这个；还有其他可参考；用户也可以定义任意自己的RenderType字符串。&ForceNoShadowCasting&，值为&true&时，表示不接受阴影。&IgnoreProjector&，值为&true&时，表示不接受Projector组件的投影。
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader& {
&& &SubShader {
&& & & &Pass
&& & & &{
&& & & & & &//...
&& & & &}
&& &}
}
一个SubShader（渲染方案）是由一个个Pass块来执行的。每个Pass都会消耗对应的一个DrawCall。在满足渲染效果的情况下尽可能地减少Pass的数量。
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader& {
&& &SubShader {
&& & & &Pass
&& & & &{
&& & & & & &Tags{ &LightMode&=&ForwardBase& }
&& & & & & &//...
&& & & &}
&& &}
}
和SubShader有自己专属的Tag类似，Pass也有Pass专属的Tag。
其中最重要Tag是 &LightMode&，指定Pass和Unity的哪一种渲染路径（“Rendering Path”）搭配使用。这里需要描述的Tag取值可包括：
Always，永远都渲染，但不处理光照ShadowCaster，用于渲染产生阴影的物体ShadowCollector，用于收集物体阴影到屏幕坐标Buff里。其他渲染路径相关的Tag详见下面章节“Unity渲染路径种类”。
具体所有Tag取值，可参考。
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader&{
&& &SubShader { Pass {} }
&& &FallBack &Diffuse& // &Diffuse&即Unity预制的固有Shader
&& &// FallBack Off //将关闭FallBack
}
当本Shader的所有SubShader都不支持当前显卡，就会使用FallBack语句指定的另一个Shader。FallBack最好指定Unity自己预制的Shader实现，因其一般能够在当前所有显卡运行。
Properties
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader&
{
&& &Properties {
&& &_Range (&My Range&, Range (0.02,0.15)) = 0.07 // sliders
&& &_Color (&My Color&, Color) = (.34, .85, .92, 1) // color
&& &_2D (&My Texture 2D&, 2D) = && {} // textures
&& &_Rect(&My Rectangle&, Rect) = &name& { }
&& &_Cube (&My Cubemap&, Cube) = &name& { }
&& &_Float (&My Float&, Float) = 1
&& &_Vector (&My Vector&, Vector) = (1,2,3,4)
&& &}
&& &// Shader
&& &SubShader{
&& & & &Pass{
&& & & & &//...
&& & & & &uniform float4 _C
&& & & & &//...
&& & & & &float4 frag() : COLOR{ return fixed4(_Color); }
&& & & & &//...
&& & & & &}
&& &}
&& &//fixed pipeline
&& &SubShader & &{
&& & & &Pass{
&& & & & & &Color[_Color]
&& & & &}
&& &}
}
Shader在Unity编辑器暴露给美术的参数，通过Properties来实现。所有可能的参数如上所示。主要也就Float、Vector和Texture这3类。除了通过编辑器编辑Properties，脚本也可以通过Material的接口（比如SetFloat、SetTexture编辑）之后在Shader程序通过[name]（固定管线）或直接name（可编程Shader）访问这些属性。
Shader中的数据类型
有3种基本数值类型：float、half和fixed。
这3种基本数值类型可以再组成vector和matrix，比如half3是由3个half组成、float4x4是由16个float组成。
float：32位高精度浮点数。half：16位中精度浮点数。范围是[-6万, +6万]，能精确到十进制的小数点后3.3位。fixed：11位低精度浮点数。范围是[-2, 2]，精度是1/256。
数据类型影响性能
精度够用就好。颜色和单位向量，使用fixed其他情况，尽量使用half（即范围在[-6万, +6万]内、精确到小数点后3.3位）；否则才使用float。不要将低精度fixed类型转换为更高的精度，否则会产生性能问题。低精度fixed不要使用“swizzle”（即形如myFixed4.xyzw、myFixed2.xyxy，中文不知咋译，“搅和
访问”？），否则会产生性能问题。作者donaldwu说：swizzle在编写Shader里是经常用到的，但到底怎样才算swizzle？myFixed4.x算不算？myFixed4.xyzw算不算？myFixed4.xyxy算不算？还是都算？
这个目前没有找到权威的定义，所以为了不要影响效率，建议fixed尽量不要出现上面任意一种形式。
Shader形态
Shader形态之1：固定管线
固定管线是为了兼容老式显卡。都是顶点光照。之后固定管线可能是被Unity抛弃的功能，所以最好不学它、当它不存在。特征是里面出现了形如下面Material块、没有CGPROGRAM和ENDCG块。
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader&
{
&& &Properties {
&& &_Color (&My Color&, Color) = (.34, .85, .92, 1) // color
&& &}
&& &// Fixed Pipeline
&& &SubShader
&& &{
&& & & &Pass
&& & & &{
&& & & & & &Material{
&& & & & & &Diffuse [_Color]
&& & & & & &Ambient [_Color]
&& & & & & &}
&& & & & & &Lighting On
&& & & &}
&& &}
}
Shader形态之2：可编程Shader
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader&
{
&& &Properties {}
&& &SubShader
&& &{
&& & & &Pass
&& & & &{
&& & & & &// ... the usual pass state setup ...
&& & & & &CGPROGRAM
&& & & & &// compilation directives for this snippet, e.g.:
&& & & & &#pragma vertex vert
&& & & & &#pragma fragment frag
&& & & & &// the Cg/HLSL code itself
&& & & & &float4 vert(float4 v:POSITION) : SV_POSITION{
&& & & & & & &return mul(UNITY_MATRIX_MVP, v);
&& & & & &}
&& & & & &float4 frag() : COLOR{
&& & & & & & &return fixed4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
&& & & & &}
&& & & & &ENDCG
&& & & & &// ... the rest of pass setup ...
&& & & & &}
&& &}
}
功能最强大、最自由的形态。特征是在Pass里出现CGPROGRAM和ENDCG块编译指令#pragma。详见。其中重要的包括：[td=1,1,1]编译指令[td=1,1,1]示例/含义[td=1,1,1]#pragma vertex name
#pragma fragment name[td=1,1,1]替换name，来指定Vertex Shader函数、Fragment Shader函数。[td=1,1,1]#pragma target name[td=1,1,1]替换name（为2.0、3.0等）。设置编译目标shader model的版本。[td=1,1,1]#pragma only_renderers name name ...
#pragma exclude_renderers name name...[td=1,1,1]#pragma only_renderers gles gles3，
#pragma exclude_renderers d3d9 d3d11 opengl，
只为指定渲染平台（render platform）编译
引用库。通过形如#include &UnityCG.cginc&引入指定的库。常用的就是UnityCG.cginc了。其他库详见。ShaderLab内置值。Unity给Shader程序提供了便捷的、常用的值，比如下面例子中的UNITY_MATRIX_MVP就代表了这个时刻的MVP矩阵。详见。Shader输入输出参数语义（Semantics）。在管线流程中每个阶段之间（比如Vertex Shader阶段和FragmentShader阶段之间）的输入输出参数，通过语义字符串，来指定参数的含义。常用的语义包括：COLOR、SV_Position、TEXCOORD[n]。完整的参数语义可见（由于是HLSL的连接，所以可能不完全在Unity里可以使用）。特别地，因为Vertex Shader的的输入往往是管线的最开始，Unity为此内置了常用的数据结构：[td=1,1,1]数据结构[td=1,1,1]含义[td=1,1,1]appdata_base[td=1,1,1]vertex shader input with position, normal, one texture coordinate.[td=1,1,1]appdata_tan[td=1,1,1]vertex shader input with position, normal, tangent, one texture coordinate.[td=1,1,1]appdata_full[td=1,1,1]vertex shader input with position, normal, tangent, vertex color and two texture coordinates.[td=1,1,1]appdata_img[td=1,1,1]vertex shader input with position and one texture coordinate.
Shader形态之3：SurfaceShader
Shader &ShaderLab Tutorials/TestShader&
{
&& &Properties { & }
&& &// Surface Shader
&& &SubShader {
&& & &Tags { &RenderType& = &Opaque& }
&& & &CGPROGRAM
&& & &#pragma surface surf Lambert
&& & &struct Input {
&& & & & &float4 color : COLOR;
&& & &};
&& & &void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
&& & & & &o.Albedo = 1;
&& & &}
&& & &ENDCG
&& &}
&& &FallBack &Diffuse&
}
SurfaceShader可以认为是一个光照Shader的语法糖、一个光照VS/FS的生成器。减少了开发者写重复代码的需要。在手游，由于对性能要求比较高，所以不建议使用SurfaceShader。因为SurfaceShader是一个比较“通用”的功能，而通用往往导致性能不高。特征是在SubShader里出现CGPROGRAM和ENDCG块。（而不是出现在Pass里。因为SurfaceShader自己会编译成多个Pass。）编译指令是：
#pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]surfaceFunction：surfaceShader函数，形如void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)lightModel：使用的光照模式。包括Lambert（漫反射）和BlinnPhong（镜面反射）。也可以自己定义光照函数。比如编译指令为#pragma surface surf MyCalc在Shader里定义half4 LightingMyCalc (SurfaceOutput s, 参数略)函数进行处理(函数名在签名加上了“Lighting”）。详见你定义输入数据结构（比如上面的Input）、编写自己的Surface函数处理输入、最终输出修改过后的SurfaceOutput。SurfaceOutput的定义为
struct SurfaceOutput {
&&half3 A // 纹理颜色值（r, g, b)
&&half3 N // 法向量(x, y, z)
&&half3 E // 自发光颜色值(r, g, b)
&&half S // 镜面反射度
&&half G // 光泽度
&&half A // 不透明度
};
Unity渲染路径（Rendering Path）种类
开发者可以在Unity工程的PlayerSettings设置对渲染路径进行3选1：
Deferred Lighting，延迟光照路径。3者中最高质量地还原光照阴影。光照性能只与最终像素数目有关，光源数量再多都不会影响性能。Forward Rendering，顺序渲染路径。能发挥出Shader全部特性的渲染路径，当然也就支持像素级光照。最常用、功能最自由，性能与光源数目*受光照物体数目有关，具体性能视乎其具体使用到的Shader的复杂度。Vertex Lit，顶点光照路径。顶点级光照。性能最高、兼容性最强、支持特性最少、品质最差。
渲染路径的内部阶段和Pass的LightMode标签
每个渲染路径的内部会再分为几个阶段。
然后，Shader里的每个Pass，都可以指定为不同的LightMode。而LightMode实际就是说：“我希望这个Pass在这个XXX渲染路径的这个YYY子阶段被执行”。
Deferred Ligting
[td=1,1,1]渲染路径内部子阶段[td=1,1,1]对应的LightMode[td=1,1,1]描述[td=1,1,1]Base Pass[td=1,1,1]&PrepassBase&[td=1,1,1]渲染物体信息。即把法向量、高光度到一张ARGB32的物体信息纹理上，把深度信息保存在Z-Buff上。[td=1,1,1]Lighting Pass[td=1,1,1]无对应可编程Pass[td=1,1,1]根据Base Pass得出的物体信息，在屏幕坐标系下，使用BlinnPhong光照模式，把光照信息渲染到ARGB32的光照信息纹理上（RGB表示diffuse颜色值、A表示高光度）[td=1,1,1]Final Pass[td=1,1,1]&PrepassFinal&[td=1,1,1]根据光照信息纹理，物体再渲染一次，将光照信息、纹理信息和自发光信息最终混合。LightMap也在这个Pass进行。
Forward Rendering
[td=1,1,1]渲染路径内部子阶段[td=1,1,1]对应的LightMode[td=1,1,1]描述[td=1,1,1]Base Pass[td=1,1,1]&ForwardBase&[td=1,1,1]渲染：最亮一个的方向光光源（像素级）和对应的阴影、所有顶点级光源、LightMap、所有LightProbe的SH光源（Sphere Harmonic，球谐函数，效率超高的低频光）、环境光、自发光。[td=1,1,1]Additional Passes[td=1,1,1]&ForwardAdd&[td=1,1,1]其他需要像素级渲染的的光源注意到的是，在Forward Rendering中，光源可能是像素级光源、顶点级光源或SH光源。其判断标准是：
配制成“Not Important”的光源都是顶点级光源和SH光源最亮的方向光永远都是像素级光源配置成“Important”的都是像素级光源上面2种情况加起来的像素级光源数目小于“Quality Settings”里面的“Pixel Light Count”的话，会把第1种情况的光源补为额外的像素级光源。另外，配置成“Auto”的光源有更复杂的判断标注，截图如下：
726 || this.offsetHeight>700){if(this.offsetWidth/726 > this.offsetHeight/700){this.width=726;}else{this.height=700;}}" style="max-width:726max-height:700" onclick="if(this.parentNode.tagName!='A'&&this.width>screen.width-461) window.open(this.src);" />
具体可参考。
Vertex Lit
[td=1,1,1]渲染路径内部子阶段[td=1,1,1]对应的LightMode[td=1,1,1]描述[td=1,1,1]Vertex[td=1,1,1]&Vertex&[td=1,1,1]渲染无LightMap物体[td=1,1,1]VertexLMRGBM[td=1,1,1]&VertexLMRGBM&[td=1,1,1]渲染有RGBM编码的LightMap物体[td=1,1,1]VertexLM[td=1,1,1]&VertexLM&[td=1,1,1]渲染有双LDR编码的LightMap物体
不同LightMode的Pass的被选择
一个工程的渲染路径是唯一的，但一个工程里的Shader是允许配有不同LightMode的Pass的。
在Unity，策略是“从工程配置的渲染路径模式开始，按Deferred、Forward、VertxLit的顺序，搜索最匹配的LightMode的一个Pass”。
比如，在配置成Deferred路径时，优先选有Deferred相关LightMode的Pass；找不到才会选Forward相关的Pass；还找不到，才会选VertexLit相关的Pass。
再比如，在配置成Forward路径时，优先选Forward相关的Pass；找不到才会选VertexLit相关的Pass。
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<span class="lou J_floor_copy" title="复制此楼地址"
data-hash="read_楼#
发布于： 10:51
自己总结，不错不错。
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