【Unity】Unityシェーダーの基礎とLambert拡散反射の実装【シェーダー】

// シェーダー宣言
Shader "Unlit/SimpleUnlitShader"
{
    // プロパティ宣言
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    // シェーダーの実行単位
    // 実行条件に合うものを選んで実行する
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100
				
        // 実行されるシェーダープログラム
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            // --- Cg/HLSLの実装(省略) ---
            ENDCG
        }
    }
}

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // make fog work
            #pragma multi_compile_fog

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                UNITY_FOG_COORDS(1)
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // sample the texture
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                // apply fog
                UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col);
                return col;
            }

            // 各シェーダーと関数名との紐付け
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            // Unityで用意された関数を使用するためinclude
            #include "UnityCG.cginc"

            // vertが受け取るデータ
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            // vert->fragへ渡すデータ
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            // テクスチャ情報
            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            // 頂点シェーダー処理
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); // オブジェクト座標->クリップ座標への変換
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);      // Scale、Tilingを考慮した変換(XX_STも使用)
                return o;
            }

            // フラグメントシェーダー処理
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv); // テクスチャのカラーを設定
                return col;
            }

            // vertが受け取るデータ
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            // vert->fragへ渡すデータ
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            // 頂点シェーダー処理
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); // オブジェクト座標->クリップ座標への変換
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);      // Scale、Tilingを考慮した変換(XX_STも使用)
                return o;
            }

            // フラグメントシェーダー処理
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv); // テクスチャのカラーを設定
                return col;
            }

Shader "Unlit/SimpleColorShader"
{
    Properties
    {
        _Color ("Main Color", Color) = (0, 0, 1, 1)
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            fixed4 _Color;

            // 頂点座標のみ受け取り、クリップ位置のみ返す
            float4 vert (float4 vertex : POSITION) : SV_POSITION
            {
                return UnityObjectToClipPos(vertex);
            }

            // カラーのみ返す
            fixed4 frag () : SV_Target
            {
                return _Color;
            }

            ENDCG
        }
    }
}

Shader "Unlit/SimpleLambertShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        // フォワードレンダリングパイプラインのベースパスであることを示す
        // ディレクショナルライト 方向: _WorldSpaceLightPos0
        // ディレクショナルライト カラー: _LightColor0
        Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"
            #include "UnityLightingCommon.cginc" // ライティング関数を使用するため

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float3 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                o.normal = mul(unity_ObjectToWorld, v.normal);
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // 拡散反射光の計算
                const float3 l = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                const float3 n = normalize(i.normal);
                const float nl = max(0, dot(n, l));
                float3 diffuse = _LightColor0.xyz * nl;

                // 環境光を加算
                const half3 ambient = ShadeSH9(half4(i.normal, 1));
                diffuse.rgb += ambient;

                // 最終的なカラーに加算
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                col.xyz *= diffuse;
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

Shader "Unlit/SimpleLambertShader"
{
・・・省略・・・
    SubShader
    {
        // フォワードレンダリングパイプラインのベースパスであることを示す
        // ディレクショナルライト 方向: _WorldSpaceLightPos0
        // ディレクショナルライト カラー: _LightColor0
        Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
        LOD 100
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
            #include "UnityLightingCommon.cginc" // ライティング関数を使用するため
・・・省略・・・
            ENDCG
        }
    }
}

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                o.normal = mul(unity_ObjectToWorld, v.normal);
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // 拡散反射光の計算
                const float3 l = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                const float3 n = normalize(i.normal);
                const float nl = max(0, dot(n, l));
                float3 diffuse = _LightColor0.xyz * nl;

                // 環境光を加算
                const half3 ambient = ShadeSH9(half4(i.normal, 1));
                diffuse.rgb += ambient;

                // 最終的なカラーに加算
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                col.xyz *= diffuse;
                return col;
            }

Shader "Custom/SurfaceLambertShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }

        CGPROGRAM

        #pragma surface surf Lambert
        sampler2D _MainTex;

        struct Input
        {
            float2 uv_MainTex;
        };

        fixed4 _Color;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
        {
            fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
        }

        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}