Shader开发技术教学大纲.docx

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1、Shader开发技术教学大纲Development Technique of Shader适用专业： 数字媒体技术课程编号：08用513087前修课程：面向对象程序设计学分：3 总学时：48一、课程性质、目的与要求课程性质：专业任选课课程目的：本课程是为数字媒体专业开设的专业选修课，起着加深学生对游戏渲染的理解, 锻炼学生的实际游戏开发能力的作用。本课程的教学目的在于通过教与学，使学生了解 Shader开发技术的实现原理和基本语法，掌握UnityShader中的渲染机制以及如何使用 Unity Shader实现各种渲染效果，了解GPU实现渲染流水线的过程，能够解决游戏开发中 的实际问题，为今后

2、从事游戏行业的工作打下良好的基础。教学要求：本课程是一门计算机理论与实践相结合的课程，因此，教学中对Shader的Unity Shader的实现原理和基本语法和Shader所需的数学知识做必要的讲解，同时，注意理论联 系实际，通过本课程的理论学习和上机操作，增强学生使用深度纹理和法线纹理实现更多屏 幕特效的能力；学习用表面着色器实现渲染等技术，提高学生分析问题、解决问题的实际能 力。二 教学内容理论总学时：32 学时第一章：欢迎来到Shader的世界1学时基本要求：了解Shader开发技术的功能，以及可以实现的效果。重点：Shader开发技术的在游戏开以过程中的重要性。难点：Shader开发核

3、心结构。第二章：渲染流水线2学时基本要求：掌握Shader开发技术中的流水线，渲染流水线，CPU和GPU之间的通信，顶点 着色器。重点：片元着色器的应用，逐片元操作方法。难点：屏幕映射，三角形遍历，固定管线渲染。第三章：Unity Shader基础线2学时基本要求：掌握材质，Shader Lab, SubShader, Fallback,表面着色器，固定函数着色器顶点/片元着色器。重点：SubShader,顶点/片元着色器，材质和Unity Shader的桥梁。难点:Unity Shader和CG/HLSL之间的关系。第四章:学习Shader所需的数学基础2学时基本要求：掌握Unity使用的坐

4、标系，矢量运算，矩阵运算，分解基础变换矩阵，坐标空间 的变换，裁剪空间，屏幕空间，变换矩阵，摄像机和屏幕参数。重点：ComputeScreenPos/VPOS/WPOS,坐标空间的变换，摄像机和屏幕参数。难点：分解基础变换矩阵，顶点的坐标空间变换过程。第五章：开始Unity Shader学习之旅2学时基本要求：掌握顶点/片元着色器的基本结构，顶点着色器和片元着色器之间的通信；掌握Unity提供的内置文件和变量，和Unity提供的CG/HLSL语义，使用帧调试器。重点：掌握顶点/片元着色器的基本结构，Unily提供的CG/HLSL语义。难点：渲染平台的差异，渲染纹理的坐标差异，Shader的语法

5、语义差异。第六章：Unity中的基础光照2学时基本要求：了解光源的吸收和散射，BRDF光照模型，标准光照模型，Unity中的环境光和 自发光，在Unity Shader中实现高光反射和漫反射光照，半兰伯特模型。重点：掌握光源的吸收和散射，标准光照模型和Unity中的环境光和自发光。难点：BRDF光照模型，半兰伯特模型，Blirm-Phong光照模型。第七章：基础纹理2学时基本要求：了解纹理的属性和凹凸映射，掌握高度纹理，法线纹理的原理，及在Unity中实 现法线纹理类型，渐变纹理，遮罩纹理等常见纹理。重点：在Unity中实现法线纹理类型，渐变纹理，遮罩纹理等常见纹理。难点：高度纹理，法线纹理的

6、原理。2学时第八章：透明效果 基本要求：了解Unity Shader的渲染顺序；掌握在Unity Shader中实现透明度混合的命令； 掌握开启深度写入的半透明效果，ShaderLab的混合命令，双面渲染的透明效果的实现。重点：ShaderLab的混合命令，双面渲染的透明效果。难点：在Unity中通过开启深度写入的半透明效果的实现方法。第九章：更复杂的光照3学时基本要求：了解Unity的常用渲染路径，Unity的光源类型，Unity的阴影；掌握使用帧调 试器查看阴影绘制过程，统一管理光照衰减和阴影，透明度物体的阴影。重点：使用标准Unity Shader实现阴影。难点：使用数学公式计算衰减的方

7、法，实现不透明物体的阴影的方法。第十章：高级纹理2学时基本要求：了解立方体纹理，设计天空盒子，深入理解反射，折射，菲涅耳反射的物理原理;掌握GrabPass程序纹理和Unity的程序材质。重点：创建用于环境映射的立方体纹理，掌握GrabPass程序纹理。难点：反射，折射，菲涅耳反射的物理原理。第H章：让画面动起来2学时基本要求：了解Unity Shader中的内置变量，掌握实现纹理动画，序列帧动画的方法。重点：创建滚动背景，顶点动画的方法。难点：掌握实现滚动纹理动画的方法。第十二章：屏幕后处理效果2学时基本要求：建立屏幕后处理脚本系统，实现屏幕的亮度、饱和度和对比度的调整，了解边缘 检测，及常

8、见的边缘检测算子，实现高斯模糊，高斯滤波，Bloom效果，运动模糊等特效。重点：建立屏幕后处理脚本系统。难点：卷积，边缘检测原理。第十三章：使用深度和法线纹理2学时基本要求：获取深度和法线纹理及原理，查看深度和法线纹理；实现运动模糊，全局雾的效 果；重建世界坐标。重点：获取深度和法线纹理及原理。难点：重建世界坐标。第十四章：非真实感渲染2学时基本要求：卡通风格的渲染，渲染轮廓线，添加高光，及素描风格的渲染。重点：卡通风格的渲染，渲染轮廓线。难点：素描风格的渲染。第十五章：使用噪声2学时基本要求：消融效果，水波效果，全局雾效的渲染方法。重点：消融效果的渲染方法。难点：水波效果的渲染方法。第十六章

9、：Unity中的渲染优化技术2学时基本要求：静态、动态批处理，优化几何体，模型的LOD技术，遮挡剔除技术，控制绘制顺 序。重点：动态批处理，静态批处理，优化几何体，Shader的LOD技术。难点：合理利用实时光照和阴影。三、实践环节或相关课程实践总学时：16学时序 实验项目名称实验类型实验 要求实验内容简介应达到的基本要求学时分配1Unity Shader的基本操作操作必做熟悉 Unity Shader 的 菜单以及基本操作。熟练掌握并灵活运用42卡通风格动画的实现操作必做掌握卡通风格Shader 的编程实现方法。熟练掌握43透明效果的实现操作必做掌握编写透明的Surface Shader 的

10、方法。熟练掌握44老电影式的画面效果操作必做掌握Shader军影效果 的编程实现方法。熟练掌握4注：1、实验类型：演示、验证、操作、综合、设计、研究。2、实验要求：指必做、选做。3、8学时以上（不含8学时）实践环节需单独设置大纲。四、课时分配序号章节内容理论环 节时数实验 时数其他11欢迎来到Shader的世界1222渲染流水线2233Unity Shader 基础线244学习Shader所需的数学基 础255开始Unity Shader学习之 旅266Unity中的基础光照2277基础纹理2288透明效果2299更复杂的光照321010高级纹理21111让画面动起来221212屏幕后处理效果

11、21313使用深度和法线纹理221414非真实感渲染21515使用噪声21616Unity中的渲染优化技术2合计总学分3总学时48五、建议教材与教学参考书序号书名编者出版社版本1Unity Shader入门精要冯乐乐人民邮电出版社2016. 52Unity Shaders and EffectsCookbookKennethLammersPacktPublishing2013.63Shaders for Game Programmers and ArtistsSebastienSt-LaurentCourseTechnology PTR2004. 5六、教学形式与考核方式1、教学形式：采用多媒体辅助教学。2考核方式：本课程考核方式为：上机考试。建议：闭卷考试。