在 Substance Painter中自定义Shader

为什么要学习在Substance Painter中自定义Shader？
答：需要实现引擎与Substance Painter中的渲染效果一致，材质的配置也一致，所见即所得。

基础概述

首先在着色器设置这里，我们可以查看当前渲染使用的着色器

如果没有着色器设置窗口，可以在窗口这里打开

点击着色器名称，可以切换当前拥有的shader

相应的内置的shader可以在安装目录找到

对应的Shader的api文档可以在帮助下拉中打开

会打开相应的网页，

网页地址在/resources/shader-doc/index.html，你也可以直接在目录中查找

官方网站也有相应的文档，地址为https://helpx.adobe.com/substance-3d-painter/scripting-and-development/api-reference/shader-api.html

接下来，按照官方的教程，先在shaders文件夹下创建一个color.glsl文件

然后在里面写入

void shade(V2F inputs) { 
  diffuseShadingOutput(vec3(0.0, 1.0, 1.0)); 
}
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完成以后，点击重新选择shader，会发现你写的shader

切换以后，模型的颜色就变成了一个单一的颜色，实现了第一部，自定义shader

更新shader

如果按照官方的这种方式，你每修改一次代码，都要重启一次编辑器，才可以实现shader的更新，那就太折磨人了，那有没有一种方式可以不需要重启也更新呢？答案是有的，接下来看如何实现。
首先在官方shader文件夹外创建一个shader，主要是为了区分，我这里在编辑器的Resources目录下创建了一个存放shader的目录

下面一部就是引用资源，我们通过资源管理引用，选择导入资源

或者选择资源窗口上面的+号

选择添加资源，将刚才创建的shader添加进来

添加以后，列表中会显示当前资源

下面还需要设置将你的资源导入到哪里

当前会话：编辑器关闭之前一直生效，关闭后销毁。
项目：只有在当前项目中可以使用
库：所有项目都可以使用
我选择的是导入到项目中。
导入成功后，会在资源中显示你导入的shader

如果你只查看项目中自定义的资源，就会发现里面包含你导入的shader，或者直接搜名字也行

在这种情况下，如果你的shader更新了，只需要再资源里面，鼠标右键资源更新，即可实现更新

自定义配置参数

接下来是，实现自定义配置项，先自定义一个颜色，以//:开头的部分是编辑器调用用于显示在编辑器内的效果

//: param custom { "default": 1, "label": "Color", "widget": "color" }
uniform vec3 color;

void shade(V2F inputs) { 
  diffuseShadingOutput(vec3(1.0, 1.0, 1.0) * color); 
}
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重启编辑器后，再打开，便有了调整颜色参数

颜色配置

//: param custom { "default": 0, "label": "Color RGB", "widget": "color" } 
uniform vec3 u_color_float3; 
//: param custom { "default": 1, "label": "Color RGBA", "widget": "color" } 
uniform vec4 u_color_float4;
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矢量和浮点数设置

//: param custom { "default": 0, "label": "Int spinbox" } 
uniform int u_spin_int1; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Int2 spinbox" } 
uniform ivec2 u_spin_int2; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Int3 spinbox" } 
uniform ivec3 u_spin_int3; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Int4 spinbox" } 
uniform ivec4 u_spin_int4; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Float spinbox" } 
uniform float u_spin_float1; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Float2 spinbox" } 
uniform vec2 u_spin_float2; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Float3 spinbox" } 
uniform vec3 u_spin_float3; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Float4 spinbox" } 
uniform vec4 u_spin_float4;
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滑块

//: param custom { "default": 0, "label": "Int slider", "min": 0, "max": 10 } 
uniform int u_slider_int1; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Int slider", "min": 0, "max": 10, "step": 2 } 
uniform int u_slider_int1_stepped; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Int2 slider", "min": 0, "max": 10 } 
uniform ivec2 u_slider_int2; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Int3 slider", "min": 0, "max": 10 } 
uniform ivec3 u_slider_int3; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Int4 slider", "min": 0, "max": 10 } 
uniform ivec4 u_slider_int4; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Float slider", "min": 0.0, "max": 1.0 } 
uniform float u_slider_float1; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Float2 slider", "min": 0.0, "max": 1.0 } 
uniform vec2 u_slider_float2; 
//: param custom { "default": [0.2, 0.5, 0.8], "label": "Float3 slider", "min": 0.0, "max": 1.0 } 
uniform vec3 u_slider_float3; 
//: param custom { "default": 0, "label": "Float4 slider", "min": 0.0, "max": 1.0, "step": 0.02 } 
uniform vec4 u_slider_float4_stepped;
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勾选框

//: param custom { "default": false, "label": "Boolean" } 
uniform bool u_bool;
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纹理配置
还有一句The texture is defined by its name in the shelf and must be in the Textures or Environments category.
意思要声明它的用途是普通贴图还是环境贴图，普通贴图和环境贴图的区别就是选择贴图时，可选择的贴图不同

//: param custom { "default": "", "default_color": [1.0, 1.0, 0.0, 1.0], "label": "Texture1" } 
uniform sampler2D u_sampler1; 
//: param custom { "default": "texture_name", "label": "Texture2" } 
uniform sampler2D u_sampler2; 
//: param custom { "default": "texture_name", "label": "Texture3", "usage": "texture" } 
uniform sampler2D u_sampler3; 
//: param custom { "default": "texture_name", "label": "Texture4", "usage": "environment" } 
uniform sampler2D u_sampler4;
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下拉框

//: param custom { 
//:   "default": -1, 
//:   "label": "Combobox", 
//:   "widget": "combobox", 
//:   "values": { 
//:     "Value -1": -1, 
//:     "Value 0": 0, 
//:     "Value 10": 10 
//:   } 
//: } 
uniform int u_combobox;
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使用纹理

上图是官方的教程，接下来我手动实现一下
引入库：

import lib-sparse.glsl
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声明纹理，两行，第一行为需要链接的纹理通道，第二行为纹理名称

//: param auto texture_bent_normals
uniform SamplerSparse basecolor_tex;
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param auto 后面跟着的就是通道名称，texture_bent_normals为烘焙出来的纹理，可以使用的有
纹理设置通道
channel_ambientocclusion channel_anisotropyangle channel_anisotropylevel channel_basecolor channel_blendingmask channel_diffuse channel_displacement channel_emissive channel_glossiness channel_height channel_ior channel_metallic channel_normal channel_opacity channel_reflection channel_roughness channel_scattering channel_specular channel_specularlevel channel_transmissive

用户通道
channel_user0 channel_user1 channel_user2 channel_user3 channel_user4 channel_user5 channel_user6 channel_user7

模型贴图
texture_ambientocclusion : Ambient Occlusion map
texture_curvature : Curvature map
texture_id : ID map
texture_normal : Tangent space normal map
texture_normal_ws : World space normal map
texture_position : World space position map
texture_thickness : Thickness map
texture_height : Height map
texture_bent_normals : Bent normals map
texture_opacity : Opacity map

在shader中使用的纹理名称可以自定义，但是对应的通道无法自定义。
两个特殊的通道
texture_blue_noise 蓝色的扰动贴图
texture_environment 环境贴图，mipmap贴图，需要引入 lib-env.glsl 库

贴图颜色获取

vec4 baseColor = textureSparse(basecolor_tex, inputs.sparse_coord);
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成功获取的贴图
完整代码：

import lib-sparse.glsl

//: param auto channel_basecolor 
uniform SamplerSparse basecolor_tex;

//: param custom { "default": 1, "label": "Color", "widget": "color" }
uniform vec3 color;

void shade(V2F inputs) { 
  vec4 baseColor = textureSparse(basecolor_tex, inputs.sparse_coord);
  vec3 diffuse = baseColor.rgb * color;
  diffuseShadingOutput(diffuse); 
}
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效果如下，成功显示出了模型的基础贴图

片元输出

先看一下顶点向片元传送的数据结构，将所需的内容都传递到了片元，变量名称后面带有[]的表示当前为数组，里面的数字代表数组长度。

struct V2F { 
  vec3 normal;               // 法线
  vec3 tangent;              // 切线
  vec3 bitangent;            // 副切线
  vec3 position;             // 位置坐标
  vec4 color[1];             // 顶点颜色 (color0) 
  vec2 tex_coord;            // 纹理坐标 (uv0) 
  SparseCoord sparse_coord;  // sparse纹理坐标通过textureSparse()函数采样纹理
  vec2 multi_tex_coord[8];   // 纹理坐标数组 (uv0-uv7) 
};
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然后可以在shade函数内使用，最简单的方式就是直接返回单个值，返回一个四维向量

vec4 shade(V2F inputs) 
{ 
  // We simply return the value of the RGB color picker 
  return vec4(u_color_float3, 1.0); 
} 
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但是现在会提示，已经丢弃当前方式

然后就是现在经常使用的，通过函数输出diffuseShadingOutput

void shade(V2F inputs) { 
  vec4 baseColor = textureSparse(basecolor_tex, inputs.sparse_coord);
  vec3 diffuse = baseColor.rgb * color;
  
  diffuseShadingOutput(diffuse); 
}
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它只输出了一个三维的向量，如果需要透明度alphaOutput函数

void shade(V2F inputs) { 
  vec4 baseColor = textureSparse(basecolor_tex, inputs.sparse_coord);
  vec3 diffuse = baseColor.rgb * color;

  diffuseShadingOutput(diffuse); 

  alphaOutput(1.0); 
}
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相关的输出函数定义

// 透明度. default value: 1.0
void alphaOutput(float);
// 漫反射. default value: vec3(0.0)
void diffuseShadingOutput(vec3);
// 镜面反射. default value: vec3(0.0)
void specularShadingOutput(vec3);
// 自发光. default value: vec3(0.0)
void emissiveColorOutput(vec3);
// 片元颜色. default value: vec3(1.0)
void albedoOutput(vec3);
// 次表面散射, see lib-sss.glsl for details. default value: vec4(0.0)
void sssCoefficientsOutput(vec4);
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最基本的渲染：emissiveColor + albedo * diffuseShading + specularShading

渲染状态设置

剔除背面

//: state cull_face on
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绘制正反面

//: state cull_face off
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混合模式

无混合

//: state blend none
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标准混合模式，从后到前绘制顺序

//: state blend over
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标准混合模式，从后到前绘制顺序。假设颜色预先乘以alpha:

//: state blend over_premult
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Additive 混合模式:

//: state blend add
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Multiplicative 混合模式

//: state blend multiply
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Shader sampling locality
By default, document channels are sampled using untransformed texture coordinates for rendering optimizations during painting.
If artifacts appear set the nonlocal state to on .

翻译大概为

着色器采样局部性
默认情况下，文档通道在绘制期间使用未转换的纹理坐标进行采样，以进行渲染优化。
如果出现工件，将非局部状态设置为on。

//: state nonlocal on 
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基础的了解了以后，后面就是查看内置库的视线，以及内置的pbr如何实现的，后面再更新的话，我将更新，如何再sp里面实现unity的内置standard