Shader-基础光照-漫反射光照模型

祝你万事顺利

发布于 2019-05-28 23:13:14

9160

发布于 2019-05-28 23:13:14

文章被收录于专栏：Unity游戏开发Unity游戏开发

漫反射(diffuse)

当光线从光源照射到模型表面,该表面回向每个方向散射多少辐射量漫反射符合兰伯特定律:反射光线的强度与表面法线与光源方向之间的夹角的余弦值成正比. 漫反射的计算:

Diffuse.png

n表面法线和l指向光源的向量的单位向量点乘来表示余弦值,用max防止点乘结果为负数,防止物体被从后面来的光源照亮. 由公式可知,计算漫反射的结果需要四个参数: 1.入射光线颜色和强度 2.材质的漫反射系数 3.表面法线 4.光源方向在cg中我们使用saturate函数来事先max的操作

逐顶点光照:也被称为高落德着色,在每个顶点计算光照,在渲染图元内部进行插值.光照模型中出现非线性的计算时,会出现问题. 逐像素光照:Phong着色,在片面之间对顶点法线进行插值.

漫反射的逐顶点光照的实现:

Properties{
        _Diffuse("Diffuse",Color) = (1,1,1,1)
    }

在Properties中声明一个color用来得到材质的漫反射材质

SubShader{
            Pass{
                Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}

LightMode是一种Pass标签,用来定义该Pass在Unity流水线中的角色

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

导入Unity的内置文件Lighting.cginc,使用Unity内置变量需要为了在Shader中使用Properties的属性,需要定义一个和该属性类型相匹配的变量

fixed4 _Diffuse;

两个结构体

                struct a2v {
                    float4 vertex : POSITION;
                    float4 normal : NORMAL;
                };
                struct v2f {
                    float4 pos : SV_POSITION;
                    fixed3 color : COLOR;
                };

在顶点着色器中计算漫反射部分

v2f vert(a2v v) {
                    v2f o;
                    o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
                    fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                    fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject));
                    float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                    fixed3 diffuse = _LightColor0 * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldLight,worldNormal));
                    o.color = diffuse + ambient;
                    return o;
                }

1.基本任务将模型顶点从模型空间转换到裁剪空间. 2.通过Unity内置变量获取环境光部分 3.法线变换,将法线与变换矩阵的逆转置的矩阵进行矩阵乘法,得到正确的变换后的法线(在世界坐标下),这里法线是一个三维矢量,变换矩阵只需截取3x3即可 4.直接使用_WorldSpaceLightPos()得到平行光 5.通过上面的公式计算得到diffuse 6.将得到的颜色信息在frag中进行输出

逐像素光照

对Shader进行一些修改来实现逐像素的漫反射效果,代码改变部分

struct v2f {
                    float4 pos : SV_POSITION;
                    fixed3 worldNormal : TEXCOORD0;
                };
                v2f vert(a2v v) {
                    v2f o;
                    o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
                    o.worldNormal = mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);
                    return o;
                }
                fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{
                    fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                    fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
                    float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                    fixed3 diffuse = _LightColor0 * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldLight, worldNormal));
                    fixed3 color = diffuse + ambient;

                    return  fixed4(color, 1.0);
                }

我们将每次的计算放在fragment中进行,得到的结果更加平滑.但是即使我们加入了环境光,仍然无法解决背光面明暗一样的情况,为了改善这种情况,我们使用下面的光照模型