Shader编程

你要解决什么问题

写了几周材质球，第一次打开一个 .gdshader 文件时，多半会被满屏的 uniform、varying、gl_FragColor 卡住。更常见的是另一种情况：效果在编辑器预览里是对的，换到手机真机就崩——色偏、闪烁、机身烫手。这个技能要解决的就是「看起来会一点，但说不清为什么错」的那类问题。

它聚焦跨引擎通用的着色器基础：管线各阶段做什么、坐标空间怎么流转、UV 如何驱动动画、GPU 上什么写法会拖慢速度。

它如何工作

核心能力

• 分清 vertex 与 fragment 两个阶段的职责：顶点着色器把顶点变换到裁剪空间并传递 UV、法线；片元着色器对每个光栅化像素输出颜色。
• 掌握常见效果的构建方式：tint / 换色、UV 滚动、溶解、描边、菲涅尔边缘光、暗角、色彩分级。
• 在 GLSL 与 HLSL 之间做概念翻译：mix ↔ lerp、fract ↔ frac、texture() ↔ .Sample()、vec2 ↔ float2，以及列主序与行主序矩阵的差异。

关键步骤

1. 先确认自己在哪个阶段工作，多数游戏效果落在 fragment 阶段。
2. 追踪坐标空间：模型 → 世界 → 视 → 裁剪，法线属于世界或视图空间。
3. 用 UV 与时间驱动效果，UV 是 0..1 的纹理坐标，可偏移、缩放、扭曲。
4. 逐像素、轻分支：优先 mix、step、smoothstep、clamp，而不是 if。
5. 通过 uniform 传常量、varying 传插值数据；纹理采样次数直接决定开销。
6. 在目标硬件上目视验证，桌面能跑的着色器在移动端可能因精度或特性缺失而失效。

边界与注意点

这个技能不覆盖某个引擎的完整语法和内建变量。需要 Godot 精确写法时用 godot-shaders，需要 Unity/Unreal 材质节点时查阅引擎官方文档。它也不负责完整粒子特效系统（那是 unreal-niagara 的范围）和后处理栈（直接用引擎渲染器设置即可）。

几个高频坑值得单独列出：

• 坐标空间混用：拿世界空间法线去和视图空间光源做点积，会得到「看起来差不多但总不对劲」的阴影。选一个空间，把所有东西转换进去。
• 忘记归一化：插值会缩短向量，dot() 结果会漂移，fragment 阶段记得补 normalize()。
• UV 原点假设：部分引擎会翻转 V 轴，贴图上下颠倒时先查引擎约定。
• discard 破坏 early-Z：在 tile 式移动 GPU 上代价明显，能做 alpha blend 就做 alpha blend。
• 移动端精度：highp 与 mediump 的差别在时间值和大 UV 上会直接表现为闪烁，坐标与时间要给足精度。