Cg 编程/Unity/简介

关于 Cg

Nvidia 的编程语言 Cg（C 代表图形）是几种常用的实时渲染着色语言之一（其他例子有 Direct3D 的 HLSL 和 OpenGL 的 GLSL）。这些着色语言用于编程着色器（即或多或少的小程序），这些着色器在 GPU（图形处理单元）上执行，即计算机图形系统的处理器——而不是计算机的 CPU（中央处理单元）。

GPU 是大规模并行处理器，非常强大。今天游戏中和其它交互式图形应用程序中的大多数实时图形，如果没有 GPU 都是不可能实现的。然而，为了充分利用 GPU 的性能，有必要直接对其进行编程。这意味着必须编写可以由 GPU 执行的小程序（即着色器）。编写这些着色器的编程语言是着色语言。Cg 就是其中之一。事实上，它是 GPU 的第一个高级着色语言之一，并且已在几个 3D 图形 API（应用程序编程接口）中实现，最重要的是 OpenGL 和 Direct3D。今天，它流行的主要原因是它与 HLSL 的相似性，HLSL 是微软 Direct3D 的着色语言。在实践中，Cg 和 HLSL 着色器之间通常没有区别。

关于这本维基教科书

这本书是为那些不喜欢编程也不喜欢数学的学生写的。这本书的基本动机是观察到，如果学生参与特定项目，他们学习编程环境、编程语言和 API 的动机要强得多。这些项目通常是在特定平台上开发的，因此本书的方法是在游戏引擎 Unity 中介绍 Cg。

本书的第 1 章到第 9 章包含带工作示例的教程，这些示例会产生某些效果。请注意，这些教程假设您按照它们的呈现顺序阅读它们，即每个教程都假设您熟悉前一个教程中介绍的概念和技术。如果您不熟悉 Cg 或 Unity，您至少应该通读第 1 章“基础”中的教程。

关于可编程图形管道和 Cg 语法的一般信息包含在“关于可编程图形管道和 Cg 语法”的附录中。不熟悉 GPU 或 Cg 的读者可能至少想浏览一下这部分内容，因为对该管道和 Cg 语法的基本了解对于理解教程非常有用。

关于 Cg 在 Unity 中的使用

在游戏引擎 Unity 中进行 Cg 编程比为 OpenGL 或 Direct3D 应用程序进行 Cg 编程要容易得多。网格和图像（即纹理）的导入由图形用户界面支持；mipmap 和法线贴图可以自动计算；最常见的顶点属性和一致变量是预定义的；OpenGL 和 Direct3D 状态可以通过非常简单的命令设置；等等。

可以在Unity 的下载页面上为 Windows 和 MacOS 下载免费版本的 Unity。所有包含的教程都适用于免费版本。需要注意三点

首先，这些教程假设读者对 Unity 有所了解。如果不是这样，读者应该参考 Unity 用户指南的前三部分[1]（Unity 基础、构建场景、资产导入和创建）。
其次，Unity 不区分 Cg（Nvidia 的着色语言）和 HLSL（Direct3D 中的着色语言），因为这两种语言非常相似；因此，这些教程中的大多数也适用于 HLSL。
此外，Cg 由Nvidia 的 Cg 教程和Nvidia 的 Cg 语言规范进行文档化。但是，这些描述缺少 Unity 特定的细节。另一方面，Unity 的着色器文档[2]侧重于用 Unity 自己的“表面着色器”格式编写的着色器，而 Cg/HLSL 中的着色器文档非常有限[3]。因此，在没有 Cg 方面的先验知识的情况下学习 Unity 中的 Cg 编程可能相当困难。本书试图通过在不需要事先了解 Cg 的情况下提供 Unity 中的 Cg 编程简介来弥合这一差距。

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马丁·克劳斯，2013 年 3 月