Unity Term Book
图形与特效

Material & Shader

在 Unity 中，Shader 是定义像素如何绘制的 GPU 程序；Material 则是该 Shader 的实例，携带颜色、贴图、光滑度等具体参数。理清两者关系，能帮美术与程序调外观、做材质变体与合批，并在 URP 或 HDRP 管线下正确控制渲染风格、Keyword 开关与整体的渲染性能预算。

想象一下...

Shader 是涂料配方（木头、金属、玻璃…）。Material 是按该配方调好的一罐漆——同是金属配方，一罐金、一罐银、一罐更亮。一个 Shader 可做出成千上万个 Material，外观各不相同。GameObject 通过 Mesh Renderer 用指定 Material「刷」到网格上。

概念详解

Shader 是跑在 GPU 上的 HLSL（High Level Shading Language） 程序。至少有两级：Vertex Shader（把 3D 顶点变换到 2D 屏幕）与 Fragment/Pixel Shader（计算每个像素的最终颜色）。Unity 用 ShaderLab、 Surface Shaders，或 URP 的 Lit/Unlit Shader Graph 来封装。

Material 是引用某个 Shader 并保存其 properties 数值的资源：主色（_BaseColor）、贴图（ _BaseMap）、金属度（_Metallic）、粗糙度（ _Smoothness）… 每个 Renderer 可有一个或多个 Material 槽，对应子网格。

性能上，Material 实例化很关键：多个对象共享 同一 Material 资源时可合并成一次 draw call（GPU instancing 或 static batching）。 若用 renderer.material（私有副本）而非 renderer.sharedMaterial， 每个对象都会单独 draw call 并多占内存。

Unity 自带常用 shader：URP/Lit（完整 PBR）、URP/Unlit（无光照）、 Sprites/Default（2D）、Particles/Standard Unlit （粒子）。Shader Graph 与 HLSL 可做完全自定义效果。

Shader → Material → Renderer

📄 Shader (HLSL program)

URP/Lit — 定义 properties + 渲染逻辑

_BaseColor_Metallic_BaseMap
▼ instantiate

Material A

_BaseColor = Red
_Metallic = 0.9

Material B

_BaseColor = Blue
_Metallic = 0.0

Material C

_BaseColor = Gold
_Metallic = 1.0

▼ assign to

🏠 House
Mat A

🚗 Car
Mat B

🏆 Trophy
Mat C

🔑 Key
Mat C

Trophy + Key 共用 Mat C → 1 次 draw call（batching）

动手步骤

1

创建新 Material

Project → 右键 → Create → Material。起清晰名字（Metal_Gold、Ground_Grass…）。

2

选择合适的 Shader

Inspector → Shader 下拉：PBR 用 URP/Lit，自发光表面用 URP/Unlit，2D 用 Sprites/Default。

3

指定贴图并调参数

把贴图拖到 Base Map。Metallic（0=塑料，1=金属），Smoothness（0=哑光，1=镜面）。

4

赋给 MeshRenderer

拖到 MeshRenderer Materials[0]，或在 Scene 视图直接拖到 GameObject 上。

5

用脚本改属性

renderer.sharedMaterial.SetColor("_BaseColor", color) —— 或用 MaterialPropertyBlock 避免克隆 Material。

交互模拟器

调节 PBR 参数，观察球体表面变化——类似 Unity 的 Material Inspector。

// Material Properties

_BaseColor = "#4488ff"

_Metallic = 0.50

_Smoothness = 0.70

_Emission = 0.00

Shader: URP/Lit

蓝色光泽塑料

代码示例

基础

在运行时修改 Material 的颜色与金属度。

using UnityEngine;

public class MaterialController : MonoBehaviour
{
  Renderer rend;

  void Start()
  {
      rend = GetComponent<Renderer>();

      // sharedMaterial: shared with every object → no extra copy
      rend.sharedMaterial.SetColor("_BaseColor", Color.red);

      // material (not shared): a private copy for this object
      rend.material.SetFloat("_Metallic", 0.9f);
      rend.material.SetFloat("_Smoothness", 0.8f);
  }

  public void Flash(Color color)
  {
      // Flash trick: set emission color
      rend.material.SetColor("_EmissionColor", color * 2f);
      DynamicGI.SetEmissive(rend, color * 2f);
  }
}

代码示例

进阶

MaterialPropertyBlock —— 按对象设属性，不克隆 Material、不打断批处理。

using UnityEngine;

// Color each instance differently WITHOUT breaking GPU Instancing/Batching
public class InstanceColorizer : MonoBehaviour
{
  static readonly int ColorID  = Shader.PropertyToID("_BaseColor");
  static readonly int EmitID   = Shader.PropertyToID("_EmissionColor");

  MaterialPropertyBlock mpb;
  Renderer rend;

  void Awake()
  {
      rend = GetComponent<Renderer>();
      mpb = new MaterialPropertyBlock();
  }

  public void SetColor(Color color)
  {
      rend.GetPropertyBlock(mpb);          // Read current state
      mpb.SetColor(ColorID, color);       // Change color
      rend.SetPropertyBlock(mpb);          // Apply — no new Material
  }

  public void SetEmission(Color emitColor)
  {
      rend.GetPropertyBlock(mpb);
      mpb.SetColor(EmitID, emitColor);
      rend.SetPropertyBlock(mpb);
  }
}

📌 快速记忆

  • ▸Shader = 配方，Material = 带具体数值的实例
  • ▸sharedMaterial：共享，不多占 RAM
  • ▸MaterialPropertyBlock：按实例改色，保持批处理
  • ▸Metallic=1 + Smoothness=1 = 完美镜面
  • ▸Shader.PropertyToID() 比每帧用字符串更快

⚠️ 常见错误

  • ❌ 在生成循环里用 renderer.material

    每次都克隆新 Material → 内存泄漏

    ✅ 用 MaterialPropertyBlock 或 sharedMaterial

  • ❌ 忘记在 Material 上开启 Emission

    SetColor("_EmissionColor",...) 在未开启前无效

    ✅ Material Inspector → 先勾选 "Emission"