把 Shader 想成「會被大量重複執行的小程式」，跑在你的顯示卡（GPU）上。
在 Unity 裡，我們用一種叫 ShaderLab 的外層語法包住 HLSL 程式，告訴引擎「這個材質要怎麼畫」。今天的目標是：看得懂 + 跑得起 + 改得動。

0. 兩分鐘大地圖：Unity 裡的 Shader 長什麼樣？

Shader "你的名字/路徑"
{
  Properties {    //← 在 Inspector 露出的旋鈕（顏色、貼圖、數值…）
    _BaseColor ("Base Color", Color) = (1,1,1,1)
    _BaseMap   ("Base Map", 2D) = "white" {}
  }

  SubShader {      // ← 真正的繪製規則（built-in可以有多個）
    Tags { "RenderPipeline"="UniversalRenderPipeline"  // URP
           "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry" }

    Pass {          // ← 一次繪製的階段（Forward、Shadow 等）
      Name "ForwardUnlit"
      Tags{ "LightMode"="UniversalForward" }

      HLSLPROGRAM  // ← 這裡面就是 HLSL（像 C 語言）！
        // #pragma vertex / fragment 指定進入點
      ENDHLSL
    }
  }
}

• Properties：給美術/你在 Inspector 操作用的參數。
• SubShader/Pass：告訴引擎這個材質用什麼「管線與通道」來畫。
• HLSLPROGRAM … ENDHLSL：你寫的 GPU 小程式（頂點 VS / 像素 FS）。

1. 你的第一支 Unity Unlit（純色）Shader

我們先做最小可運行範例：把模型用一個顏色畫出來。

步驟

1. Project 視窗 > 右鍵 > Create > Shader > URP > Unlit Shader（或「Empty Shader」自己貼下方內容）。
2. Create > Material，選這個 Shader；把材質拖到場景中的 Cube。

代碼

Shader "Unlit/PBR"
{
    Properties
  {
    _BaseColor ("Base Color", Color) = (1,1,1,1)
  }

  SubShader
  {
    Tags { "RenderType"="Opaque" }
    LOD 100

    Pass
    {
        
      CGPROGRAM            

      // built-in 內建的函式庫
      #include "UnityCG.cginc"        
      #include "UnityLightingCommon.cginc"      

      #pragma vertex   vert
      #pragma fragment frag
      #pragma target   3.0
          

      // 1) Inspector 旋鈕對應到「可被 SRP Batcher 使用」的常數緩衝
      float4 _BaseColor;      

      // 2) VS 輸入/輸出：位置一定要有，其他想傳就加
      struct appdata {
        float4 positionOS : POSITION;   // 物件空間位置
      };
      struct v2f {
        float4 positionHCS : SV_POSITION; // 齊次裁剪空間（畫到螢幕要用）
      };

      // 3) 頂點著色器：把物件位置轉到螢幕（裁剪）空間
      v2f vert (appdata v)
      {
        v2f o;
        o.positionHCS = UnityObjectToClipPos(v.positionOS);
        return o;
      }

      // 4) 像素著色器：輸出顏色
      half4 frag (v2f i) : SV_Target
      {
        return _BaseColor;
      }
    ENDCG
    }
  }
}

你剛學到：

• UnityObjectToClipPos 幫你做 P*V*M 變換（Day 2 的內容）。
• 這是一支 Unlit：不算光，只畫顏色。
  (範例，將base color設成紅色)
  

2. 讓它吃貼圖（Hello Texture）

把顏色換成從貼圖取樣，並保留一個顏色做調整（乘上去）。

新增texture的欄位

  Properties
  {
    _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
  }

宣告變數

      // 1) Inspector 旋鈕對應到的常數緩衝      
       float4 _BaseColor;
       sampler2D _MainTex;
       //ST = Scale / Translation
       //xy=縮放(tile)  zw=偏移(offset)
       float4 _MainTex_ST;       

• _MainTex_ST : 可選，若沒有要縮放圖片即可省略。

修改資料格式

     // 2) VS 輸入/輸出：位置一定要有，其他想傳就加
      struct appdata {
        float4 positionOS : POSITION;   // 物件空間位置
        //第一紋理座標
        float2 texcoord :TEXCOORD0;
      };
      struct v2f {
        float4 positionHCS : SV_POSITION; // 齊次裁剪空間（畫到螢幕要用）
        float2 uv:TEXCOORD2; // 存在 TEXCOORD2
      };

計算/套用uv

// 3) 頂點著色器：把物件位置轉到螢幕（裁剪）空間
      v2f vert (appdata v)
      {
        v2f o;
        o.positionHCS = UnityObjectToClipPos(v.positionOS);
        //計算UV
        //o.uv.xy=v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
        o.uv=TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex) ;
        return o;
      }

      // 4) 像素著色器：輸出顏色
      half4 frag (v2f i) : SV_Target
      {
        //模型貼圖顏色
        fixed3 albedo=tex2D(_MainTex ,i.uv).rgb ;   
        return half4(albedo,1);
      }

• tex2D 會依據uv對圖片做採樣。

小提醒（很重要）：

• 這張 BaseMap 在 Inspector 通常是 sRGB 貼圖，Unity 會幫你轉成線性做運算，最後再轉回螢幕色。
• 如果你塞進去的是 法線貼圖，記得要把 Texture Type 設為 Normal map（不做 sRGB 矯正）。

3. 讓它有基本打光（Lambert 漫反射）

現在加上「一盞方向光」，用 Lambert公式(簡化)拿到主光。

修改資料格式儲存world資訊(與太陽相同空間)

// 2) VS 輸入/輸出：位置一定要有，其他想傳就加
      struct appdata {
        float4 positionOS : POSITION;   // 物件空間位置
        float3 normal :NORMAL;         // 法線
        //第一紋理座標
        float2 texcoord :TEXCOORD0;
      };
      struct v2f {
        float4 positionHCS : SV_POSITION; // 齊次裁剪空間（畫到螢幕要用）
        float3 worldNormal:TEXCOORD0;   // 存在 TEXCOORD0
        float3 worldPos:TEXCOORD1; // 存在 TEXCOORD1
        float2 uv:TEXCOORD2; // 存在 TEXCOORD2
      };

修改shading

// 3) 頂點著色器：把物件位置轉到螢幕（裁剪）空間
      v2f vert (appdata v)
      {
        v2f o;
        o.positionHCS = UnityObjectToClipPos(v.positionOS);
        o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
        o.worldPos=mul(unity_ObjectToWorld,v.positionOS).xyz;
        //計算UV
        //o.uv.xy=v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
        o.uv=TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex) ;
        return o;
      }

      // 4) 像素著色器：輸出顏色
      half4 frag (v2f i) : SV_Target
      {
        //因內建函數通常沒有歸一化，計算frag時，常要用normalize進行歸一化
        fixed3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);
        fixed3 worldLightDir=normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos)); 

        float Lambertian=dot(worldNormal,worldLightDir);
        Lambertian=saturate(Lambertian); //限制在0~1之間
        //模型貼圖顏色
        fixed3 albedo=tex2D(_MainTex ,i.uv).rgb ;   
        return half4(albedo * Lambertian,1);
      }

成果: (可以動一下太陽光的角度，觀察陰影變化)

你剛學到：

• UnityWorldSpaceLightDir 能拿到給定point與主方向光的方向。
• 法線要轉到 世界空間 再和光做點積。
• 光照不對時，常見是 方向符號 或 法線沒正規化。

4. 常見開關：透明、雙面、Z 寫入、混色

有時你會做玻璃/特效圖層，需要調繪製狀態：

// 透明
Tags { "Queue"="Transparent" "RenderType"="Transparent" }
ZWrite Off
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

// 雙面（雙面渲染注意法線方向與陰影）
Cull Off

可以看到因ZWrite Off導致深度錯誤，且blend讓他能做顏色疊加。

透明會讓 Early-Z 失效，排序與效能都更敏感。初學先用不透明材質，等熟悉再玩透明。

5. Inspector 與程式如何溝通？（Properties ↔ CBUFFER/資源）

• 在 Properties 定義的 _BaseColor、_BaseMap 要在 HLSL 也有對應：
• 貼圖類 → TEXTURE2D / SAMPLER 宏配對。
• 名稱要一致（包括大小寫）。

6. 坑

1. 法線怪、光斑亂

   • 解：用 TransformObjectToWorldNormal；若有 Normal Map，要 TBN 轉空間並再 normalize。

2. 透明順序錯

   • 解：透明物件應排在 Queue Transparent，並以由遠到近繪製；或使用加權混合等技巧。

3. 顏色灰/偏色

   • 解：BaseMap 要走 sRGB；法線/Metallic/Roughness/AO 走 線性；Project 設定建議 Linear 色彩空間。

4. 材質看不到

   • 解：Render Queue 太後面被別人蓋掉、ZWrite/Depth 設錯、或模型的 UV/法線壞掉。

7. 五分鐘小實驗：你會立刻有感

1. 做個純色 Unlit：改 _BaseColor，確認你可以控制畫面。
2. 換成貼圖：把 _MainTex 換圖，看取樣有沒有生效；縮放模型遠近看看是否有 Mipmap 抖動。
3. 切換 Cull Back/Off：看雙面與單面差別（背面剔除會省很多像素工作）。
4. Queue: Geometry ↔ Transparent：體會 ZWrite/Blend 對繪製順序與效果的影響。

8. 我需要 Shader Graph 嗎？

• 想快速拼效果、不熟 GLSL/HLSL → Shader Graph 很棒。
• 要做特殊 Pass / 自訂幾何流程 / 最佳化 → 最終多半會回到 GLSL/HLSL。
• 建議：兩者都會一點。Graph 幫你探索，GLSL/HLSL 幫你突破。

9. 一句話總結

Unity Shader = ShaderLab（外層） + GLSL/HLSL（內核）。
先把 Unlit → Texture → Lambert 三步走完，你就完成 Shader 入門的 80%。
接下來你可以往 法線貼圖、PBR、陰影、後處理、Compute 延伸——但無論做什麼，記得「先讓最小範例能跑、能改、能量測」。

明日預告（Day 7）

我們要比較 Phong / Blinn-Phong / Cook-Torrance：用同一個模型切換三種光照，讓你看懂為什麼 PBR（Cook-Torrance）在真實感上更勝一籌，以及「何時用傳統、何時用 PBR」。