参考资料：
Unity-Chan "Candy Rock Star" Live Demo
UnityChanToonShaderVer2 Project
Unity酱官网
解析过程中使用Unity2017.4.25f1。
本篇内容基于Unity渲染流水线/ShaderLab数学/ShaderLab函数/MMD shader。
Chara Shader
先看Candy Rock Star中Unity酱身上的shader，路径位置：
Assets\UnityChan\CandyRockStar\Shader
在这里目录附近还能找到与Unity酱相关的模型、材质、贴图文件；
模型的mesh数量特别多，可以在模型软件中先观察熟悉一下:
| mesh名 | 部位 | 材质名 | shader名 |
|---|---|---|---|
| BLW_DEF | 眉毛 | eyeline | Eyelash - Transparent |
| BodyParts_new01 | 身体 | body | Clothing - Double-sided |
| cheek | 脸颊 | mat_cheek | Blush - Transparent |
| Effector_new01 | 腰侧+手腕侧小道具 | Effector | Clothing |
| EL_DEF | 上睫毛 | eyeline | Eyelash - Transparent |
| eye_base_old | 眼白 | eyebase | Eye |
| EYE_DEF | 眼眶 | face | Skin |
| eye_L_old | 左眼 | eye_L1 | Eye - Transparent |
| eye_R_old | 右眼 | eye_R1 | Eye - Transparent |
| Globe_new01 | 手套 | body | Clothing - Double-sided |
| HairBack_DS_new01 | 后发 | hair | Hair - Double-sided |
| HairBand_DS_new01 | 发饰+头巾 | body | Clothing - Double-sided |
| HairFront_DS_new01 | 前发 | hair | Hair - Double-sided |
| HairSide_DS_new01 | 侧发 | hair | Hair - Double-sided |
| head_back | 后半头+耳朵 | face | Skin |
| jacket_BK_new01 | 夹克背面 | body | Clothing - Double-sided |
| jacket_FR_new01 | 夹克正面 | body | Clothing - Double-sided |
| jacketEri_new01 | 夹克衣领 | body | Clothing - Double-sided |
| JacketFrill_DS_new01 | 夹克褶边 | body_trans | Blush - Transparent |
| JacketSode_new01 | 夹克袖子 | body | Clothing - Double-sided |
| Kneeso_new01 | 长袜 | body | Clothing - Double-sided |
| Mizugi_new01 | 泳衣+泳裤 | body | Clothing - Double-sided |
| MTH_DEF | 脸部+下巴+额头 | face | Skin |
| Pants_new01 | 短裤 | body | Clothing - Double-sided |
| PantsFrill_DS_new01 | 短裤褶边 | body_trans | Blush - Transparent |
| Shoes_new01 | 鞋子 | body | Clothing - Double-sided |
| Skin | 皮肤 | skin | Skin |
UnityChan/Clothing
作为一整套shader体系，我们需要了解其光照模型，从Clothing开始最合适了；
整个shader包括多个SubShader，用LOD值区分开，而项目设置中全局LOD值为0；
意味着项目不检查LOD值，使用第一个可用的SubShader，这里我们从LOD低的说起：
LOD 200
不透明队列，RenderState是默认设置，无自定义关键词，引用了Unlic.cg：
直接返回贴图采样值。
也就是说，这个档次是没有实时光照计算的。
SubShader中包含Tags："LightMode"="ForwardBase"
LightMode设置将应用于该SubShader的所有Pass。
LOD 250
仅有ForwardBass，默认RenderState，开启了2个关键词，引用了CharaMain.cg：
vertex着色器中代码以填充v2f结构为主要任务；
2个关键词使用#define激活对应代码块，与multi_compile命令生成变体不同；
分别计算了uv偏移、世界空间法线、世界空间相机方向、世界空间光源方向；
ENABLE_CAST_SHADOWS
ENABLE_CAST_SHADOWS关键字激活了v2f结构、vertex/fragment着色器中阴影的计算；
saturate( 2.0 * LIGHT_ATTENUATION( i ) - 1.0 );
这样计算出来的衰减值去插值时，实际上开始衰减处不变，衰减加深；
fragment着色器的代码颇长，整体上将颜色加算给combinedColor；
diffSamplerColor：贴图采样得到的diffuse色；
normalDotEye：法线和观察方向的dot，cosβ，需要再次归一化，正面取值在1~0；
falloffU：1-cosβ，取值范围为0~1，β0→90°时，值0.02→0.98，加速递增曲线；
falloffSamplerColor：采样渐变贴图,β45~67.5°时，1-cosβ为0.29~0.61,值为0~0.3；
shadowColor：diffuse色自乘后得到，作为阴影参照色；
combinedColor：对diffuse色进行阶段性阴影衰减，falloffSamplerColor为衰减率；
diffuse加乘衰减：对diffuse色乘以(1+衰减*衰减.a），可观察衰减贴图的A通道预览；
在1-cosβ值在0.7~1时，也就是掠射角附近对衰减进行补偿，使渐变过程更平缓。
diffuse+specular色调修正：(diffuse+specular)乘以_Color和_LightColor0；
_LightColor0代表光照颜色，在光源面板中Color设置颜色值，Intensity控制倍率；
在本例中并没有包括Lighting.cginc，而是单独声明_LightColor0用于获取光照颜色；
opacity透明度：使用贴图、色调、光照的A通道分量相乘，需要开启混合才能生效；
diffuse+specular阴影修正：这两种颜色成分均受阴影衰减控制；
ENABLE_RIMLIGHT
rimlightDot：NdotL * 0.5 +0.5，最亮处为1，掠射角为0.5，最暗处为0；
rimlightDot * (1-NdotV)：视角正面严重衰减，只剩下朝光边缘处亮度正常；
边缘光衰减采样(x=0.7时采样到1)：求最亮处边界，若rimlightDot=1，1-cosβ=0.7，β=73°；
边缘光在所有亮度(0~1)区间都很明显，diffuse渐变只在低亮度(0~0.4)区间敏感。
LOD 300
相比上一个级别，额外开启了ENABLE_SPECULAR定义；
ENABLE_SPECULAR
reflectionMaskColor：高光贴图采样，逐像素控制高光强度；
lighting.z=lit(NdotV,NdotV,n).z:返回NdotV的n次方；
specularColor=diffuse * mask * lighting.z
这里的Specular不同于Phong/Blinn高光模型，与光照角度无关：
正面视角的部分获得亮度加成，_SpecularPower控制衰减率。
LOD 400
相比上一个级别，使用一个额外的Pass进行描边：
Cull Front：使用法线外扩的背面进行描边；
ZTest Less：强化深度测试，避免遮蔽原有片元；
描边代码被隐藏在CharaOutline.cg中，无光照计算和特殊关键词；
vertxt着色器目的为计算出在裁剪空间下，顶点外扩后的位置；
projSpaceNormal：使用UnityObjectToClipPos将法线转换到裁剪空间，法线不再垂直于表面；
这里使用了normalize(half4 v)，忽略第四维进行归一化，得到(a,b,c,w)；
scaledNormal：裁剪空间中坐标的缩小，向O(0,0,0,-2·Near·Far/(Far+Near)))靠近；
这里scaledNormal缩小4个分量，系数为正小数k；
scaledNormal.z += 0.00001：法线顶点微量后移；
o.pos = projSpacePos + scaledNorm：顶点位置朝新法线方向外扩；
o.pos = projSpacePos + (ak,bk,ck+0.00001,wk)，NDC化需要除以projSpacePos.w；
projSpacePos.w(顶点的相机深度)和w并没有直接的联系；
顶点位置向法线方向移动k个单位后，z微量增加(远离相机)；w微量增加(靠近O)；
结论：在裁剪空间中计算的描边宽度相对固定，不会随着物体离相机距离而剧烈变化；
fragment着色器中对偏移后的顶点进行着色；
diffuseMapColor为diffuse色；maxChan用于辅助计算差值lerpVals；
lerpVals为(0,0,1)或(0,1,0)或(1,0,0)，取决于diffuse的色调；
色调修正：lerp处理newMapColor，使RGB中值最低的两个通道变暗，衰减因子为0.6；
修正后的颜色色调不变，颜色变暗，如淡红→暗红；
最后的return中乘以衰减因子0.8、diffuse色、_Color、光源色等，进一步变暗。
总结：本例中描边使用了diffuse的阴影色作为参照，消除使用黑色描边的异样感。
LOD 450
这是等级最高的SubShader，也是真正默认执行的SubShader；
相比上一级，在描边上没有变化，光照计算方面新增了2个define；
ENABLE_NORMAL_MAP
这个关键词的目的是使用法线贴图，逐像素控制法线方向，增加细节。
在vertex着色器中计算了世界空间下的tangent、binormal、normal；
使用这3个矢量构成竖向填充矩阵，可以将矢量从法线空间转换到世界空间；
在fragment着色器中，需要使用法线贴图采样的结果代替原世界空间法线；
normalVec：对法线贴图采样；xyz*2-1，手动解压法线数据；
localToWorldTranspose：这里使用的是横向填充矩阵，在mul计算式放在右边；
ENABLE_REFLECTION
reflectVector：观察方向取反后的反射方向，用于环境光取样；
sphereMapCoords：用单张室内贴图模拟环境，采样范围是贴图中心构成的圆；
此时，combinedColor是未经修正过的diffuse+specular；
GetOverlayColor
inUpper是环境采样色，上层遮盖；inLower是combinedColor，底色；
lerpVals = round(inLower);
对底色的分量四舍五入，得到0或1，对应返回结果lowerResult/greaterResult；
当lerpVals的分量为0时，对应lowerResult的分量为inLower * 2.0 * inUpper；
inLower为0~0.5时，lowerResult取值<inLower
当lerpVals的分量为1时，对应greaterResult的分量为：
2.0 * inUpper * (1-inLower) + 2(inLower - 0.5)
inLower为0.5~1时，greaterResult取值为inUpper→inLower
reflectionMaskColor.a的值可以在预览中观察高光贴图的A通道；
总结：
采样UV与观察角度有关，采样颜色类于毛玻璃反射下的室内，有连贯高光和阴影；
法线贴图补充的细节能充分表现出这种明暗变化。
Reflection模拟了环境反射，RGB分量根据强度对环境色进行反射；
分量值低于0.5时，对应分量的环境色就像贴图一样覆盖在表面；
分量值高于0.5时，reflectColor受环境色的影响变小。
例如：粉红(249,198,166)→(243,146,104)；棕色(187,129,97)→(83,56,36)；
这样的反射方式让表面细节呈现随机多样性、增强色调。
UnityChan/Clothing - Double-sided
双面shader在表现人物穿着时使用的非常频繁，单面仅在额外小道具中使用；
和Clothing的差别是第一个ForwardBase使用了Cull Off;
结论：双面shader处理服装时可使背面也上色，不透明时整体差别不大；
UnityChan/Blush - Transparent
用于表现脸红、布料褶边等单片元半透明效果，仅有一个Pass；
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha, One One ：混合RGB通道；
ZWrite Off：不再写入深度值，需要最后被绘制；
"Queue"="Geometry+3"：本例中，不透明队列的最高值；会被透明队列遮盖；
"IgnoreProjector"="True"：不被投影，意味着阴影衰减值固定为1？
Cull Back 一般设置，单面效果，例如：脸红从后面看不到；
代码隐藏在CharaSkin.cg中：
vertex着色器中填充v2f结构；
fragment着色器中计算diffuse、渐变、边缘光、衰减等；
combinedColor中lerp的差值由渐变贴图的A通道值决定，可在贴图预览中查看RGB/A通道；
falloffSamplerColor是diffuse的系数，设NdotV的角度为β，当β0~90°时：
1-cosβ作为采样UV的x轴，falloffSamplerColor的变化与贴图横向色调变化有关；
在材质mat_cheek中使用的贴图表明combinedColor随着观察角度变大红色调变深；
ENABLE_RIMLIGHT宏中的边缘光效果可以使朝光掠射角出有高亮月牙形色带；
这个效果在没有足够的NdotV角度、显示面积、光照时，非常不明显。
UnityChan/Hair
和UnityChan/Clothing内容一样；
UnityChan/Hair - Double-sided
和UnityChan/Clothing - Double-sided内容一样；
UnityChan/Skin
有3个LOD级别，不透明队列，使用了渐变、边缘光、阴影效果；
CharaSkin.cg中的代码适合表现有柔和渐变的不透明非金属物体。
UnityChan/Skin - Transparent
本例中，没有任何部位使用这个shader；
Queue"="Transparent+1：透明队列，很靠后的队列值；
"RenderType"="Overlay"：这只是个标签，可能用于遮盖效果；
UnityChan/Eye
这里用于表现眼白；
"Queue"="Geometry"：默认RenderState和不透明队列，针对不透明非金属物体；
UnityChan/Eye - Transparent
这里用于表现左眼珠和右眼珠；
开启了Blend，"IgnoreProjector"="True"，"Queue"="Geometry+1"；
类似于Blush - Transparent，有颜色混合，但是队列值不高，容易被遮挡；
针对半透明非金属物体；
UnityChan/Eyelash - Transparent
这里用于表现眼睫毛和眉毛；
和Eye - Transparent类似，仅队列值+1，针对半透明非金属物体。
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