在数字艺术和游戏设计领域，Shader扮演着核心角色。你是否曾被那些令人惊叹的视觉效果所吸引，比如波光粼粼的水面、变化多端的光影效果，或是角色身上精细的纹理？这些令人印象深刻的视觉效果背后，Shader功不可没。

Shader（着色器）是一种小程序，用来控制图像在屏幕上的展示效果。对于希望提升游戏视觉体验的开发者来说，学习Shader是一个不可或缺的技能。

shader是什么？

Shader是一种运行在GPU（图形处理器）上的小程序，主要用来控制每一个像素的色彩和光照效果。与普通的CPU计算不同，GPU擅长处理大量重复的计算任务，因此Shader非常适合处理图形渲染任务，帮助实现从简单的颜色填充到复杂的光影效果。

通俗来讲，Shader就是专门用来渲染图形的一种技术，通过shader，我们可以自定义显卡渲染画面的算法，使画面达到我们想要的效果。小到每一个像素点，大到整个屏幕，比如下面这两个游戏内比较常见的效果。

在游戏和图形开发中，Shader分为几个常见的类型：

顶点Shader（Vertex Shader）：负责顶点的处理，定义模型在空间中的形状和位置。

片元Shader（Fragment Shader）：处理每一个像素的颜色和光照效果，直接影响最终的画面质量。

几何Shader（Geometry Shader）：控制模型顶点的生成，可以改变模型的几何结构（更高级）。

我们在游戏中所看到的视觉效果，基本都是由这些Shader共同完成的。

Shader的编程语言？

既然Shader是一段代码，那必然要用一种语言来书写它，目前主流的有三种语言：

1. 基于OpenGL的OpenGL Shading Language，简称GLSL。
2. 基于DirectX的High Level Shading Language,简称HLSL。
3. 还有NVIDIA公司的C for Graphic，简称Cg语言。

GLSL与HLSL分别是基于OpenGL和Direct3D的接口，两者不能混用。

而Cg语言是用于图形的C语言，这其实说明了当时设计人员的一个初衷，就是让基于图形硬件的编程变得和C语言编程一样方便，自由。

正如C++和 Java的语法是基于C的，Cg语言本身也是基于C语言的。

如果使用过C、C++、Java其中任意一个，那么Cg的语法也是比较容易掌握的。

Cg语言极力保留了C语言的大部分语义，力图让开发人员从硬件细节中解脱出来，Cg同时拥有高级语言的好处，如代码的易重用性，可读性高等。

Cg语言是Microsoft和NVIDIA相互协作在标准硬件光照语言的语法和语义上达成了一致，所以，HLSL和Cg其实是同一种语言。

Shader能做什么？

Shader在游戏和应用中有非常广泛的用途。

• 光影效果：通过光照模型（如Phong光照、Blinn-Phong光照），实现环境光、漫反射、镜面反射等效果，为场景增加深度和真实感。
• 材质纹理：给物体添加纹理（如木纹、石纹等），提升材质的真实感。例如游戏中墙面、地板的纹理细节，都是通过Shader实现的。
• 特效动画：Shader可以用来实现炫酷的特效动画，比如火焰、烟雾、水波等，帮助提升游戏的视觉表现力。
• 后处理效果：在画面渲染后使用Shader进行处理，比如模糊、亮度调整、色彩校正等，提升整体画面效果。
• 自定义渲染风格：Shader还可以帮助实现卡通渲染、油画风等独特的视觉风格。

为什么要学习shader?

学习Shader不仅能帮助开发者打造更加吸引人的游戏效果，还能开拓思维，提升解决问题的能力。

1、提升视觉效果：Shader能够打造出更具冲击力的视觉效果，帮助游戏在竞争中脱颖而出。

2、满足个性化需求：对于独立开发者，学习Shader可以帮助实现美术效果的高度自定义，减少对美术资源的依赖，降低成本。

3、拓展开发能力：Shader涉及到图形学的基础知识和GPU编程，能够帮助开发者深入了解图形渲染的底层原理，提高技术水平。

比如在一个场景中，我们想让物体在光照下呈现出逼真的阴影和高光效果，这时候我们可以通过编写一个简单的光照Shader实现。这样不仅能让画面更加真实，还能节省美术资源投入。

入门shader需要准备什么？

• 基础知识：学习Shader需要了解一些图形学基础知识，比如顶点、像素、矩阵变换等。虽然可以从简单的效果开始，但对于高级效果而言，图形学知识至关重要。
• 开发工具：不同平台有不同的Shader开发工具。比如在Unity中可以使用Shader Graph、在Unreal中可以使用Material Editor、在Cocos中可以直接编写GLSL代码。选择一个适合自己的平台进行学习，可以事半功倍。
• 编程基础：Shader通常使用GLSL（OpenGL Shading Language）或HLSL（High-Level Shading Language）编写，这两种语言的语法类似C语言。因此，如果你有一定的编程基础，学习Shader会更加容易。

Shader是图形渲染的核心技术之一，对于想要提升视觉效果的开发者来说，学习Shader是不可或缺的一步。无论是光影特效，还是个性化的渲染风格，Shader都能带来无限的可能性。