文章目录
- 前言
- 一、在开始之前做一些准备
- 1、在上一篇文章的场景基础上，增加一个Unity默认的球体作为对照组
- 2、创建一个点光源，用来看点光源的影响 对 Unity默认的Shader效果 和 我们实现的Shader效果 之间的不同
- 二、点光源的适配
- 把上一篇文章中 ForwardBase 的 Pass 复制粘贴 到 与 该Pass平行的程序块，然后再对其做之后点光源的灯光适配（因为点光源 和 聚光灯效果，是在ForwordAdd中实现的）
- 按上面步骤修改后，小球变的 受点光源的影响 又受 主平行光的影响 
- 三、不同灯光类型的支持与区分
- 1、我们加入一个聚光灯
- 2、使用内置的宏定义生成Shader变体来区分是什么类型的光照
- 3、剔除无用的变体，节省性能
- 最终测试代码：
前言
Unity中Shader不同灯光类型的支持与区分
一、在开始之前做一些准备
1、在上一篇文章的场景基础上，增加一个Unity默认的球体作为对照组
创建前：
创建后：
2、创建一个点光源，用来看点光源的影响 对 Unity默认的Shader效果 和 我们实现的Shader效果 之间的不同
二、点光源的适配
把上一篇文章中 ForwardBase 的 Pass 复制粘贴 到 与 该Pass平行的程序块，然后再对其做之后点光源的灯光适配（因为点光源 和 聚光灯效果，是在ForwordAdd中实现的）
Shader "MyShader/P1_5_4"
{
Properties
{
//光照系数
_DiffuseIntensity("Diffuse Intensity",float) = 1
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
Pass
{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
//在应用程序阶段传入到顶点着色器中，时加入顶点法向量信息
half3 normal:NORMAL;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
//定义一个3维向量，用于接受世界坐标顶点法向量信息
half3 worldNormal:TEXCOORD1;
};
half _DiffuseIntensity;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//把顶点法线本地坐标转化为世界坐标
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
//Lambert光照模型的结果
//Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L))
//使用 Unity 封装的参数 获取环境光色
float Ambient = unity_AmbientSky;
//在属性面板定义一个 可调节的参数 用来作为光照系数，调节效果的强弱
half Kd = _DiffuseIntensity;
//获取主平行光的颜色
fixed4 LightColor = _LightColor0;
//获取顶点法线坐标(让其归一化)
fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)
fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;
//使用Lambert公式计算出光照
//fixed4 Diffuse = Ambient + (Kd * LightColor * dot(N,L));
//因为 当 顶点法线 与 反射点指向光源的向量 垂直 或成钝角时，光照效果就该忽略不计
//所以，这里使用 max(a,b)函数来限制 点积的结果范围
fixed4 Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L));
return Diffuse;
}
ENDCG
}
Pass
{
Tags{"LightMode"="ForwardAdd"}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
//在应用程序阶段传入到顶点着色器中，时加入顶点法向量信息
half3 normal:NORMAL;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
//定义一个3维向量，用于接受世界坐标顶点法向量信息
half3 worldNormal:TEXCOORD1;
};
half _DiffuseIntensity;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//把顶点法线本地坐标转化为世界坐标
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
//Lambert光照模型的结果
//Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L))
//使用 Unity 封装的参数 获取环境光色
float Ambient = unity_AmbientSky;
//在属性面板定义一个 可调节的参数 用来作为光照系数，调节效果的强弱
half Kd = _DiffuseIntensity;
//获取主平行光的颜色
fixed4 LightColor = _LightColor0;
//获取顶点法线坐标(让其归一化)
fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)
fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;
//使用Lambert公式计算出光照
//fixed4 Diffuse = Ambient + (Kd * LightColor * dot(N,L));
//因为 当 顶点法线 与 反射点指向光源的向量 垂直 或成钝角时，光照效果就该忽略不计
//所以，这里使用 max(a,b)函数来限制 点积的结果范围
fixed4 Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L));
return Diffuse;
}
ENDCG
}
}
}
把复制后的光照模式改为ForwardAdd
Tags{“LightMode”=“ForwardAdd”}
修改后，点光源对我们的小球已经有了初步的影响
但是，会发现不受主平行光的影响了，所以需要进行修改
并且，由于默认的混合模式为 Blend One Zero。
渲染时，由于主平行光先渲染，点光源后渲染，所以颜色缓冲区会被后渲染的点光源覆盖。
所以修改ForwordAdd 的 Pass 中 混合模式为 Blend One One
Blend One One
因为计算点光源时不需要考虑环境光，所以在Lambert光照模型中删除环境光的影响
在ForwardAdd的Pass中的片元着色器中，把最后的输出结果修改为如下：
fixed4 Diffuse = LightColor * max(0,dot(N,L));
把片元着色器简化为：
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
//获取主平行光的颜色
fixed4 LightColor = _LightColor0;
//获取顶点法线坐标(让其归一化)
fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)
fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;
//因为计算点光源时不需要考虑环境光，所以在Lambert光照模型中删除环境光的影响
fixed4 Diffuse = LightColor * max(0,dot(N,L));
return Diffuse;
}
按上面步骤修改后，小球变的 受点光源的影响 又受 主平行光的影响
三、不同灯光类型的支持与区分
1、我们加入一个聚光灯
加入聚光灯后，会发现小球只渲染了聚光灯的效果
原因是：
目前场景只支持一盏逐像素灯，在 聚光灯 和 点光源 之间，谁的强度大，谁就变成逐像素灯
2、使用内置的宏定义生成Shader变体来区分是什么类型的光照
#pragma multi_compile_fwdadd
定义在LightMode=ForwardAdd的Pass中，在此Pass中用来计算其它的逐像素光照.而此指令的作用是一次性生成Unity在ForwardAdd中需要的各种内置宏.
DIRECTIONAL DIRECTIONAL_COOKIE POINT POINT_COOKIE SPOT
- DIRECTIONAL :判断当前灯是否为平行灯.
- DIRECTIONAL_COOKIE :判断当前灯是否为Cookie平行灯.
- POINT :判断当前灯是否为点灯.
- POINT_COOKIE :判断当前灯是否为Cookie点灯.
- SPOT :判断当前灯是否为聚光灯.
在 ForwardAdd 的 Pass 中加入这条宏
#pragma multi_compile_fwdadd
然后，我看可以看见该Shader生成了6个变体
我们在片元着色器中，测试使用一下这些变体
1、当为点光源时，返回绿色
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
#if POINT
return fixed4(0,1,0,1);
#endif
//获取主平行光的颜色
fixed4 LightColor = _LightColor0;
//获取顶点法线坐标(让其归一化)
fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)
fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;
//因为计算点光源时不需要考虑环境光，所以在Lambert光照模型中删除环境光的影响
fixed4 Diffuse = LightColor * max(0,dot(N,L));
return Diffuse;
}
2、当为点光源时，返回黑色
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
#if POINT
return fixed4(0,1,0,1);
#elif SPOT
return 0;
#endif
//获取主平行光的颜色
fixed4 LightColor = _LightColor0;
//获取顶点法线坐标(让其归一化)
fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)
fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;
//因为计算点光源时不需要考虑环境光，所以在Lambert光照模型中删除环境光的影响
fixed4 Diffuse = LightColor * max(0,dot(N,L));
return Diffuse;
}
3、剔除无用的变体，节省性能
因为Shader变体的数量是一般是倍数增加，所以在设计时，就要尽量减少Shader的变体数量
Shader变体的数量，会直接影响 ShaderLab 的内存，打包到手机会影响到 Native 内存
法一：手动声明我们需要的变体
#pragma multi_compile POINT SPOT
法二：剔除不需要的变体
#pragma skip_variants XXX01 XXX02...
剔除指定的变体，可同时剔除多个
#pragma skip_variants DIRECTIONAL POINT_COOKIE DIRECTIONAL_COOKIE
效果是一样的：
最终测试代码：
Shader "MyShader/P1_5_4"
{
Properties
{
//光照系数
_DiffuseIntensity("Diffuse Intensity",float) = 1
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
Pass
{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
//在应用程序阶段传入到顶点着色器中，时加入顶点法向量信息
half3 normal:NORMAL;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
//定义一个3维向量，用于接受世界坐标顶点法向量信息
half3 worldNormal:TEXCOORD1;
};
half _DiffuseIntensity;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//把顶点法线本地坐标转化为世界坐标
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
//Lambert光照模型的结果
//Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L))
//使用 Unity 封装的参数 获取环境光色
float Ambient = unity_AmbientSky;
//在属性面板定义一个 可调节的参数 用来作为光照系数，调节效果的强弱
half Kd = _DiffuseIntensity;
//获取主平行光的颜色
fixed4 LightColor = _LightColor0;
//获取顶点法线坐标(让其归一化)
fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)
fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;
//使用Lambert公式计算出光照
//fixed4 Diffuse = Ambient + (Kd * LightColor * dot(N,L));
//因为 当 顶点法线 与 反射点指向光源的向量 垂直 或成钝角时，光照效果就该忽略不计
//所以，这里使用 max(a,b)函数来限制 点积的结果范围
fixed4 Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L));
return Diffuse;
}
ENDCG
}
Pass
{
Tags{"LightMode"="ForwardAdd"}
Blend One One
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//加入Unity自带的宏，用于区分不同的光照
//只声明我们需要的变体
//#pragma multi_compile POINT SPOT
#pragma multi_compile_fwdadd
//剔除我们不需要的变体
#pragma skip_variants DIRECTIONAL POINT_COOKIE DIRECTIONAL_COOKIE
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
//在应用程序阶段传入到顶点着色器中，时加入顶点法向量信息
half3 normal:NORMAL;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
//定义一个3维向量，用于接受世界坐标顶点法向量信息
half3 worldNormal:TEXCOORD1;
};
half _DiffuseIntensity;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//把顶点法线本地坐标转化为世界坐标
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
#if POINT
return fixed4(0,1,0,1);
#elif SPOT
return 0;
#endif
//获取主平行光的颜色
fixed4 LightColor = _LightColor0;
//获取顶点法线坐标(让其归一化)
fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)
fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;
//因为计算点光源时不需要考虑环境光，所以在Lambert光照模型中删除环境光的影响
fixed4 Diffuse = LightColor * max(0,dot(N,L));
return Diffuse;
}
ENDCG
}
}
}
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