[shader] 光照入门（未完结。。。

news2024/9/24 18:38:35

反射

漫反射：而当物体表面粗糙时，我们把物体表面看作无数不同方向的微小镜面，则这些镜面反射出的光方向均不相同，这就是漫反射。

高光反射：我们假定物体表面光滑，只有一个镜面，那么所有的光都被反射向了同一个方向(其实只是用时最短的光相位相似)，这就是高光反射。

逐顶点光照和逐片元光照

逐顶点光照

1.在顶点上进行光照计算，顶点间的内部区域使用插值来获取颜色信息。

2.计算量小，适用于移动设备及性能要求较高的场景。

3.效果不够精细，细节损失。明暗变化损失严重。

逐片元光照

1.每个像素单独进行光照计算。

2.精细度高，效果真实。

3.计算量大，耗费资源，适用于PC或主机游戏。

颜色相乘与颜色相加

颜色相加(复合光)：计算光照反射时使用，向白色靠拢。

颜色相乘：计算颜色混合时使用，趋于黑色。

兰伯特光照模型

1.理论：漫反射的强度仅与入射光的方向和反射点处表面法线的夹角余弦成正比

2.公式：光源颜色*材质的漫反射颜色*max（0，标准化物体表面法线向量·标准化后光源方向向量）

实现思路

逐顶点光照

1.材质漫反射颜色属性声明

2.渲染标签Tags设置，将LightMode光照模式设置为向前渲染

3.引用内置文件UnityCG.cginc和Lighting.cginc

4.结构体声明（裁剪空间下的顶点坐标、对应顶点的漫反射光照颜色）

5.基于公式实现逻辑（为了阴暗面不为全黑，需要加上兰伯特环境光颜色)

Shader "Unlit/Lambert" {
    Properties {
        // 材质漫反射颜色属性声明
        _MainColor ("MainColor", Color) = (1, 1, 1, 1)
    }
    SubShader {
        // 设置渲染标签 将LightMode光照模式设置为ForwardBase 向前渲染
        Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }

        Pass {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"

            //材质的漫反射颜色
            fixed4 _MainColor;

            //顶点着色器传递给片元着色器的内容
            struct v2f
            {
                //裁剪空间下的顶点坐标
                float4 pos:SV_POSITION;
                //对应顶点的漫反射光照颜色
                fixed3 color:COLOR;
            };

            //逐顶点光照 反射光照颜色计算写在顶点着色器的回调函数中
            v2f vert(appdata_base v) {
                v2f v2fData;
                // 模型空间 ——> 裁剪空间的顶点 
                v2fData.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);

                //模型空间下的法线 ——> 世界空间的法线
                float3 normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                //世界空间下的 光源单位向量
                fixed3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);

                fixed3 color = _LightColor0.rgb * _MainColor.rgb * max(0, dot(normal, lightDir));

                //记录颜色 加上兰伯特光照模型的环境光变量
                v2fData.color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb + color;
                return v2fData;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                //传出兰伯特光照
                return fixed4(i.color.rgb, 1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

逐顶点和逐片元光照区别

1.在顶点着色器种计算顶点和法线

2.在片元着色器中计算兰伯特光照

Shader "Unlit/LambertF" {
    Properties {
        _MainColor ("MainColor", Color) = (1, 1, 1, 1)
    }
    SubShader {
        
        Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }

        Pass {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Lighting.cginc"
            #include "UnityCG.cginc"
            //材质漫反射颜色
            fixed4 _MainColor;

            //顶点着色器返回出去的内容
            struct v2f {
                //裁剪空间的 顶点坐标
                float4 pos : SV_POSITION;
                //世界空间的 法线位置
                float3 normal : NORMAL;
            };

            v2f vert(appdata_base v) {
                v2f v2fData;
                //模型空间——>裁剪空间 顶点
                v2fData.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                //模型空间——>世界空间 法线
                v2fData.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);

                return v2fData;
            }

            //片元着色器
            fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET {
                //得到光源单位向量
                float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                //光源颜色*材质的漫反射颜色*max（0，标准化物体表面法线向量·标准化后光源方向向量
                fixed3 color = _LightColor0.rgb * _MainColor * max(0, dot(i.normal, lightDir));
                color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb + color;

                return fixed4(color.rgb, 1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}