MRTK 标准着色器

Standard shader examples

MRTK标准着色系统(Standard shading system)利用一个单一的，灵活的着色器，可以实现类似于Unity的标准着色器的视觉效果，实现流畅设计系统原则，并保持性能在混合现实设备上。

示例场景

你可以在MRTK/Examples/Demos/StandardShader/Scenes/下面的MaterialGallery 场景中找到材质的例子。这个场景中的所有材质都使用了MRTK/标准材质。

Material Gallery

你可以在 MRTK/Examples/Demos/StandardShader/Scenes/下的StandardMaterialComparison 比较场景来比较和测试MRTK/标准着色器和Unity/标准着色器的例子。 Material Comparison

架构

MRTK/标准着色系统是一个"uber shader" 它使用[Unity's 的着色器程序变体特性] 根据材质属性自动生成最佳着色器代码。当用户在material inspector中选择材质属性时，他们只需要为启用的特性付出性能代价。

Material inspector

MRTK/标准材质有一个自定义的material inspector，叫做MixedRealityStandardShaderGUI.cs. inspector自动启用/禁用着色器功能，基于用户选择和辅助设置渲染状态。有关每个特性的更多信息，请在Unity编辑器的tooltip中悬停每个属性查看/

Material Inspector

inspector的第一部分控制材质的渲染状态。Rendering Mode决定了材质什么时候以及如何渲染。MRTK/Standard着色器的目标是镜像 Unity/Standard着色器中的渲染模式。MRTK/标准着色器还包括一个Additive(附加)渲染模式和Custom(自定义) 渲染模式，用于完整的用户控制。

渲染模式 Rendering Mode
Opaque	(默认)，适用于没有透明区域的普通实体
Cutout	允许创建透明效果，在不透明和透明区域之间有硬边。在这种模式下，没有半透明区域，纹理要么是100%不透明的，要么是不可见的。这在使用透明创建材质的形状(如植被)时非常有用。
Fade	允许透明度值完全淡出对象，包括它可能有的任何高光或反射。如果您想使淡入或淡出的对象具有动画效果，此模式非常有用。它不适合渲染逼真的透明材质，如透明塑料或玻璃，因为反射和高光也会淡出。
Transparent	适用于渲染逼真的透明材质，如透明塑料或玻璃。在这种模式下，材质本身会有透明度值(基于纹理的alpha通道和颜色的alpha值)。然而，反射和照明高光将保持在完全清晰的情况下，因为是真正的透明材质。
Additive	启用了添加的混合模式，该模式将以前的像素颜色与当前像素颜色相加。这是首选的透明模式，以避免透明排序问题。
Custom	允许手动控制呈现模式的每个方面。仅供高级使用。

Rendering Modes

剔除模式 Cull Mode
Off	禁用面剔除。只有当需要双面网格时，才应该将剔除设置为Off。
Front	支持正面剔除
Back	(默认)启用背面剔除。为了提高渲染性能，应该尽可能多地启用背面剔除

性能

与Unity标准着色器相比，使用MRTK标准着色器的一个主要优点是性能。MRTK标准着色器是可扩展的，只利用启用的特性。然而，MRTK标准着色器也被编写为提供可与Unity标准着色器相媲美的美学效果，但成本要低得多。比较着色器性能的一个简单方法是通过需要在GPU上执行的操作数。当然，计算的大小可能会随着启用的特性和其他呈现配置的不同而变化。但是，一般来说，MRTK标准着色器执行的计算要比Unity标准着色器少得多。

Unity 标准着色器统计示例

Unity Standard Shader Statistics

MRTK 标准着色器统计示例

MRTK Standard Shader Statistics

Note

这些结果可以通过在Unity inspector中选择并查看shader asset生成，然后点击Compile and show code按钮。

光照

MRTK/标准使用了一个简单的近似照明。因为这个着色器没有计算物理正确性和能量守恒，它渲染得又快又有效率。Blinn-Phong是一种主要的照明技术，它混合了Fresnel和基于图像的照明，以近似物理照明。着色器支持以下照明技术:

Directional light

着色器将尊重场景中第一个Unity Directional Light的方向，颜色，和强度(如果启用)。 Dynamic point lights, spot lights，或任何其他Unity light将不考虑在实时照明。

Spherical harmonics

如果启用，着色器将使用Light Probes来近似场景中的光，使用Spherical Harmonics。为了降低计算成本，对每个顶点进行Spherical harmonics计算。

Lightmapping

对于静态照明，着色器将尊重Unity的Lightmapping system创建的lightmaps。只需将渲染器器标记为static(或lightmap static)就可以使用lightmaps。

Hover light

参见 Hover Light

Proximity light

参见 Proximity Light

Lightweight Scriptable Render Pipeline support

轻量级脚本渲染管线支持

MRTK包含一个升级路径，允许开发人员在MRTK着色器中使用Unity的轻量级可脚本渲染管线(LWRP)。在Unity 2019.1.1f1和Lightweight RP 5.7.2包中测试。或关于如何开始使用LWRP的说明，请参见此页。

要执行MRTK升级，选择: Mixed Reality Toolkit -> Utilities -> Upgrade MRTK Standard Shader for Lightweight Render Pipeline

lwrp upgrade

升级发生后，MRTK/标准着色器将被改变，任何品红(着色器错误)材质应该被修复。要验证升级成功，请检查控制台:Upgraded Assets/MixedRealityToolkit/StandardAssets/Shaders/MixedRealityStandard.shader for use with the Lightweight Render Pipeline.

UGUI 支持

MRTK标准的着色系统与Unity的内置[UI系统]一起工作(https://docs.unity3d.com/Manual/UISystem.html)。在Unity UI组件上，unity_ObjectToWorld矩阵不是图形(Graphic)组件所在的本地转换的转换矩阵，而是它的父画布(Canvas)的转换矩阵。许多MRTK/标准的着色效果需要对象缩放才能知道。为了解决这个问题， ScaleMeshEffect.cs将在UI网格构建过程中将缩放信息存储到UV通道属性中。

注意，当使用Unity图像(Image)组件时，建议为源图像指定 "None (Sprite)"，以防止Unity UI生成额外的顶点。

MRTK中的画布将提示添加 ScaleMeshEffect.cs ，当需要时:

scale mesh effect

Texture combiner

为了提高与Unity标准着色器的相等，每个像素的金属，平滑，放射和遮挡值都可以通过通道包装(channel packing)来控制。例如:

channel map example

当你使用channel packing，你只需要采样和加载一个纹理到内存，而不是四个单独的。当你在Substance或Photoshop这样的程序中编写纹理贴图时，你可以像下面这样手工包装它们:

Channel	Property
Red	Metallic
Green	Occlusion
Blue	Emission (Greyscale)
Alpha	Smoothness

或者，你可以使用MRTK纹理合并工具。要打开工具，选择: Mixed Reality Toolkit -> Utilities -> Texture Combiner，它将打开下面的窗口:

texture combiner example

这个窗口可以通过选择Unity标准着色器并点击"Autopopulate from Standard Material."来自动填充。或者，您可以手动指定每个红色、绿色、蓝色或alpha通道的纹理(或常数值)。纹理组合是GPU加速的，不需要输入的纹理是CPU可访问的。

附加特性文档

下面是MRTK/标准着色器提供的一些特性细节的额外细节。

Primitive clipping

primitive clipping

查看 Clipping Primitive

Mesh outlines

许多mesh outline技术是使用post processing技术完成的。后期处理提供了高质量的轮廓，但在许多混合现实设备上可能非常昂贵。你可以在 MRTK/Examples/Demos/StandardShader/Scenes/下的OutlineExamples场景中找到一个演示mesh outline用法的场景。

MeshOutline.cs和 MeshOutlineHierarchy.cs 可以用来渲染一个网格渲染器(mesh renderer)周围的轮廓。启用此组件将引入一个正在概述的对象的附加渲染通道，但设计用于在移动混合现实设备上高效运行，并且不使用任何post进程。这种效果的局限性包括它不能很好地工作在非watertight的对象(或要求是双面的)和深度排序问题可能发生在重叠的对象上。

outline behaviors被设计用来与MRTK/标准着色器一起使用。轮廓材质通常是纯色的，但也可以配置成各种各样的效果。轮廓材质的默认配置如下:

Depth Write - 应禁用outline材质，以确保outline不会阻止其他对象的绘制
Vertex Extrusion - 需要启用render the outline
Use Smooth Normals - 这个设置对于某些网格是可选的。Extrusion是通过沿着顶点法线移动一个顶点而发生的，在一些网格上沿着默认法线挤压会导致轮廓的不连续。要修复这些不连续性，可以选中此框以使用另一组由MeshSmoother.cs生成的平滑法线(smoothed normals)

MeshSmoother.cs 是一个组件，可以用来自动生成一个网格上的平滑法线。此方法将网格中共享空间中相同位置的顶点分组，然后对这些顶点的法线求平均值。此过程创建基础网格的副本，仅在需要时使用。

通过MeshSmoother.cs生成的平滑法线。.
使用默认法线时，请注意立方体角周围的部分.

模版测试 Stencil testing

内建在可配置的模版测试支持，以实现广泛的影响数组。如入口:

stencil test

实例颜色支持 Instanced color support

实例颜色支持给数以千计的GPU实例网格独特的材质属性:

instanced properties

三平面映射 Triplanar mapping

三平面映射(Triplanar mapping)是一种以编程方式对网格进行纹理处理的技术。常用于地形，网格无uv，或难以展开的形状。这个实现支持世界或局部空间投影，混合平滑的规范，和法线贴图支持。注意，每个使用的纹理需要3个纹理样本，所以在性能关键的情况下要谨慎使用。

triplanar

顶点挤压 Vertex extrusion

Vertex extrusion在世界空间。用于可视化挤压边界体积或网格内/外的过渡。

normal map scale

杂项 Miscellaneous

用于控制反照率(albedo)优化的复选框。当没有指定反照率纹理时，将禁用优化反照率操作。这对于控制远程纹理加载非常有用。

只需勾选此框:

albedo assignment

支持每个像素的裁剪纹理，基于局部边缘的抗锯齿和法线贴图缩放。