# unity03ex3. Material・シェーダ
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## 1. Material
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### 1.1. マテリアルの基本的な概念

DirectX9時代からある基本的なMaterialパラメータ（現代では使用されない）

- Diffuse (拡散)
- Ambient (環境光)
- Specular (反射)
- Emissive (発光)

現代の物理ベースレンダリングでは、代わりに下記になった

- Albedo
- ×廃止（ワールド側のパラメータになった）
- Smoothness & Metallic
- Emissive

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### 1.2. 基礎的なマテリアルの操作

sharedMaterialは直接変更、materialはクローンして変更

項目        |旧パイプライン(Built-in)        |URP
------------|--------------------------------|--------------------------------
アルベド    |.SetColor("_Color", val)        |.SetColor("_BaseColor", val)
テクスチャ  |.SetTexture("_MainTex", val)    |.SetTexture("_BaseMap", val)
金属さ      |.SetFloat("_Metallic", val)     |.SetFloat("_Metallic", val)
ツルツルさ  |.SetFloat("_Glossiness", val)   |.SetFloat("_Smoothness", val)
自己発光色  |.SetColor("_EmissionColor", val)|.SetColor("_EmissionColor", val)
法線マップ  |.SetTexture("_BumpMap", val)    |.SetTexture("_BumpMap", val)

.

URP物理ベースレンダリングのデフォルトで対応できるもの、できないもの

- ○ 顔料（拡散反射）
- ○ 鏡面（鏡面反射）
- ○ 凸凹の近似（法線マップ）
- ○ 環境反射の近似（キューブマップ）
- ○ 自己発光（エミッション）
- △ 半透明
- × 屈折
- × サブサーフェス。皮膚、蝋、葉っぱ
- × 構造色
- × 異方性反射。髪、シルク
- × 偏光・分光。CD、プリズム

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## 2. シェーダ
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### 2.1. ビルドインシェーダ

既定のシェーダーのソースコード(リンクはいつか復旧するはず…はず…)

https://unity3d.com/download_unity/builtin_shaders.zip

DefaultResourcesExtra/Mobile/Mobile-Particle-Add.shader
DefaultResourcesExtra/Mobile/Mobile-Particle-Alpha.shader

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### 2.2. URPシェーダ

パッケージとしてプロジェクトに含まれる。例えば以下

Library\PackageCache\com.unity.render-pipelines.universal\Shaders\Particles\ParticlesUnlit.shader

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### 2.3. シェーダの文法

シェーダー  
https://docs.unity3d.com/ja/2019.4/Manual/SL-Reference.html

Shader languages reference  
https://docs.unity3d.com/6000.0/Documentation/Manual/shaders-reference.html

前提知識：典型的な処理順序

1. 頂点シェーダ
2. カリング&深度テスト
3. フラグメントシェーダ
4. アルファテスト
5. ブレンド

概念

- Unityは大半の記述をマクロにすることでDX9スタイルとDX10+スタイルの差異を吸収している

基本的な型

型          |意味
------------|----------
fixed       |URPでは使用不可。レガシー用。11bit固定小数
half        |16bit小数。実際にはPCの場合、GPUは常にfloat計算になる
float       |32bit小数
xxxxx2      |2つセット。x、y
xxxxx3      |3つセット。x、y、z
xxxxx4      |4つセット。x、y、z、w
xxxxx4x4    |4x4セット
sampler2D   |精度自動選択のテクスチャ・サンプラ両宣言型マクロ(モバイルは_half、それ以外は_float)
sampler3D   |精度自動選択のテクスチャ・サンプラ両宣言型マクロ(モバイルは_half、それ以外は_float)
samplerCUBE |精度自動選択のテクスチャ・サンプラ両宣言型マクロ(モバイルは_half、それ以外は_float)
TEXTURE2D(x)|個別宣言マクロ。テクスチャ名
TEXTURE3D(x)|個別宣言マクロ。テクスチャ名
SAMPLER(x)  |個別宣言マクロ。samplerテクスチャ名

.

基本的な操作・関数

関数          |意味
--------------|----------
tex2D(tex, uv)|

.

宣言済みマクロ

- 定型的な構造群の宣言だったり、コールバック的な記述を実現するためのもの

マクロ                      |意味
----------------------------|---------------------------
#pragma surface surf Lambert|略
#pragma vertex vert_img     |レガシー向け
#pragma vertex Vert         |典型的なもの
#pragma fragment frag       |frag()のためのマクロ

.

基本構造

```shader
Shader "Uft.FadeEffects/Legacy/GrayscalePostEffect"
{
    Properties
    {
        _Amount ("Amount", Range(0, 1)) = 0
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }

    SubShader
    {
        // ポストエフェクトのお約束
        Cull Off ZWrite Off ZTest Always

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert_img
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"

            sampler2D _MainTex;
            float _Amount;

            fixed4 frag (v2f_img i) : SV_Target
            {
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);

                // 明度計算（YCbCr系）
                float gray = dot(col.rgb, float3(0.299, 0.587, 0.114));

                // カラー → グレースケールの補間
                col.rgb = lerp(col.rgb, gray.xxx, _Amount);

                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
```

Properties

- プログラムやインスペクタで制御可能な変数の宣言と初期値
- [HideInInspector] でインスペクタに表示させなくなる

SubShader

代表的な設定|概要
------------|--------------------------------------
Tags        |Urpは必須
Cull Off    |選択肢はBack/Front/Off
ZWrite Off  |選択肢はOn/Off
ZTest Always|選択肢はLess/Greater/LEqual/GEqual/Equal/NotEqual/Always
Blend       |ブレンドモード
Pass        |構造を宣言したり、frag()を記述するところ

.

SubShader Pass

- CGPROGRAM、#include "UnityCG.cginc"、ENDCG
    - レガシー用の基本的な記述。基本的なマクロや関数が利用可能になる