文章目录
- 前言
- 一、对主平行光实现高光效果
- 1、在属性面板定义高光颜色
- 2、在属性面板定义高光系数
- 3、在属性面板定义高光范围系数
- 4、获取 V (模型顶点的世界坐标 指到 相机世界坐标 的单位向量)
- 5、由上一篇推理出的公式得到 R 向量
- 6、由公式计算得出高光效果
- 二、使用已有的数学方法 reflect(I,N) 计算出 R
- 最后返回，Lambert模型 和 Phong模型计算结果的和
- 最终效果
前言
Unity中Shader光照模型Phong的实现
一、对主平行光实现高光效果
Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(R,V)), Shininess)
使用公式计算出结果后，与Lambert公式结果相加输出即可
1、在属性面板定义高光颜色
_SpecularColor(“Specular Color”,Color) = (1,1,1,1)
2、在属性面板定义高光系数
_SpecularIntensity(“Specular Intensity”,Float) = 1
3、在属性面板定义高光范围系数
_Shininess(“Shininess”,Float) = 1
4、获取 V (模型顶点的世界坐标 指到 相机世界坐标 的单位向量)
1、_WorldSpaceCameraPos
主相机的世界坐标位置，类型：float3
2、得到模型顶点的世界坐标
在 v2f 结构体加入TEXCOORD类型，用于存储模型顶点转化后世界坐标
float3 worldPos : TEXCOORD2;
3、在顶点着色器，用 unity_ObjectToWorld 矩阵对模型顶点坐标进行转化
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
4、因为需要得到由模型顶点指向摄像机的向量
所以，用摄像机的世界坐标减去模型顶点的世界坐标，并且进行归一化
fixed3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos - i.worldPos);
5、由上一篇推理出的公式得到 R 向量
fixed3 R = 2 * dot(N,L) * N - L;
6、由公式计算得出高光效果
Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(R,V)), Shininess)
fixed4 Specular = _SpecularColor * _SpecularIntensity * pow(max(0,dot(R,V)),_Shininess);
我们在这里输出一下高光效果看看
二、使用已有的数学方法 reflect(I,N) 计算出 R
reflect(I,N)
根据入射光方向向量 I ，和顶点法向量 N ，计算反射光方向向量。其中 I 和 N 必须被归一化，需要非常注意的是，这个 I 是指向顶点的；函数只对三元向量有效。
float3 reflect( float3 i, float3 n )
{
return i - 2.0 * n * dot(n,i);
}
注意：这里的 I 和上面的 L 不同，这个 I 是入射光单位向量，所以方向和上面的L相反
fixed3 R = reflect(-L,N);
最后返回，Lambert模型 和 Phong模型计算结果的和
return Specular+Diffuse;
最终效果
测试代码：
Shader "MyShader/P1_5_7"
{
Properties
{
[Header(Diffuse)]
//光照系数
_DiffuseIntensity("Diffuse Intensity",float) = 1
[Header(Specular)]
//高光颜色
_SpecularColor("Specular Color",Color) = (1,1,1,1)
//高光系数
_SpecularIntensity("Specular Intensity",Float) = 1
//高光范围系数
_Shininess("Shininess",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;
//用于存储模型顶点的世界坐标
float3 worldPos : TEXCOORD2;
};
half _DiffuseIntensity;
fixed4 _SpecularColor;
float _SpecularIntensity,_Shininess;
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);
//把模型的顶点坐标从本地坐标转化到世界坐标
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
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;
//Phong模型公式
//Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(R,V)), Shininess)
// 获取 V (模型顶点的世界坐标 指到 到摄像机世界坐标的单位向量)
fixed3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos - i.worldPos);
//使用之前计算得到的公式
//fixed3 R = 2 * dot(N,L) * N - L;
//使用自带的计算反射光的函数
fixed3 R = reflect(-L,N);
fixed4 Specular = _SpecularColor * _SpecularIntensity * pow(max(0,dot(R,V)),_Shininess);
return Specular+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"
//使用光照衰减贴图，需要引入 AutoLight.cginc 库
#include "AutoLight.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;
//定义一个三维向量，用于存放模型顶点 从本地坐标 转化为 世界坐标
float3 worldPos : TEXCOORD2;
};
half _DiffuseIntensity;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
//把顶点法线本地坐标转化为世界坐标
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
//把模型顶点从本地坐标转化为世界坐标
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
/*#if POINT
return fixed4(0,1,0,1);
#elif SPOT
return 0;
#endif*/
//把模型顶点从世界坐标转化为灯光坐标
//unity_WorldToLight
//从世界空间转换到灯光空间下，等同于旧版的_LightMatrix0
//因为转化时使用的是4行的矩阵，所以 要把模型的顶点坐标增加一个w = 1,使坐标转化准确
//float3 lightCoord = mul(unity_WorldToLight,float4(i.worldPos,1)).xyz;
//return lightCoord.x;
//使用Unity自带的光照衰减贴图进行纹理采样
//fixed atten = tex2D(_LightTexture0,dot(lightCoord,lightCoord));
//使用Unity自带的方法实现光照衰减
UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten,0,i.worldPos)
//获取主平行光的颜色
fixed4 LightColor = _LightColor0 * atten;
//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
}
}
}
高光颜色（太亮了，有点不太明显）：
高光强度：
高光范围：
