UnityShader18.1：立方体贴图（下）

接上文：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/113248074

四、菲涅尔反射

菲涅尔反射(Fresnel Reflection)就是同时考虑反射和漫反射，或是说同时考虑反射和折射：当光照到物体上时，一部分发生反射，一部分进入物体内部发生折射和散射。当你站在湖边低头看脚边的水面时，会发现水几乎是透明的，可以很清晰的看到湖底，但是当你抬头看远处的水面时，就几乎看不到任何水下的场景。几乎任何物体都多多少少包含了菲涅尔反射的现象

现实中的菲涅尔反射计算非常的复杂，因此往往采用如下的近似方式：

$F_{\text {schlick }}(\mathbf{v}, \mathbf{n})=F_{0}+\left(1-F_{0}\right)(1-\mathbf{v} \cdot \mathbf{n})^{5}$

其中 $F_{0}$ 为反射系数， $\mathbf{v}$ 代表视角方向， $\mathbf{n}$ 代表表面法线

下面为叠加反射和漫反射的 Shader：

Shader "Jaihk662/Fresnel1"
{Properties{_DiffuseColor ("DiffuseColor", Color) = (1, 1, 1, 1)_FresnelScale ("FresnelScale", Range(0, 1)) = 0.5_Cubemap ("ReflectionCubemap", Cube) = "_Skybox" {}}SubShader{LOD 200PASS {Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }CGPROGRAM#pragma vertex vert             //声明顶点着色器的函数#pragma fragment frag           //声明片段着色器的函数#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"fixed4 _DiffuseColor;fixed _FresnelScale;samplerCUBE _Cubemap;struct _2vert {float4 vertex: POSITION;float3 normal: NORMAL;float4 texcoord: TEXCOORD0;};struct vert2frag {float4 pos: SV_POSITION;float3 wPos: TEXCOORD0;float3 wNormal: TEXCOORD1;float3 wViewDir: TEXCOORD2;float3 wReflect: TEXCOORD3;};vert2frag vert(_2vert v) {vert2frag o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.wNormal = normalize(UnityObjectToWorldNormal(v.normal));o.wPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;o.wViewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(o.wPos));o.wReflect = reflect(-o.wViewDir, o.wNormal);return o;}fixed4 frag(vert2frag i): SV_Target {fixed3 wLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.wPos));fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _DiffuseColor.rgb * (0.5 * dot(i.wNormal, wLightDir) + 0.5);            fixed3 reflection = texCUBE(_Cubemap, i.wReflect).rgb;fixed fresnel = saturate(_FresnelScale + (1 - _FresnelScale) * pow(1 - dot(i.wViewDir, i.wNormal), 5));return fixed4(ambient + lerp(diffuse, reflection, fresnel), 1.0); } ENDCG}}FallBack "Specular"
}

可以看出，垂直视角下漫反射的效果明显，而在倾斜视角下，反射效果明显

类似的可以实现叠加反射和折射的 Shader：

Shader "Jaihk662/Fresnel1"
{Properties{_DiffuseColor ("DiffuseColor", Color) = (1, 1, 1, 1)_FresnelScale ("FresnelScale", Range(0, 1)) = 0.5_RefractRatio ("RefractiRatio", Range(0.1, 1)) = 0.5_CubeMap ("ReflectionCubeMap", Cube) = "_Skybox" {}}SubShader{LOD 200PASS {Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }CGPROGRAM#pragma vertex vert             //声明顶点着色器的函数#pragma fragment frag           //声明片段着色器的函数#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"fixed4 _DiffuseColor;fixed _FresnelScale;fixed _RefractRatio;samplerCUBE _CubeMap;struct _2vert {float4 vertex: POSITION;float3 normal: NORMAL;float4 texcoord: TEXCOORD0;};struct vert2frag {float4 pos: SV_POSITION;float3 wPos: TEXCOORD0;float3 wNormal: TEXCOORD1;float3 wViewDir: TEXCOORD2;float3 wReflect: TEXCOORD3;float3 wRefract: TEXCOORD4;};vert2frag vert(_2vert v) {vert2frag o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.wNormal = normalize(UnityObjectToWorldNormal(v.normal));o.wPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;o.wViewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(o.wPos));o.wReflect = reflect(-o.wViewDir, o.wNormal);o.wRefract = refract(-o.wViewDir, o.wNormal, _RefractRatio);return o;}fixed4 frag(vert2frag i): SV_Target {fixed3 wLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.wPos));fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;      fixed4 reflection = texCUBE(_CubeMap, i.wReflect);fixed4 refraction = texCUBE(_CubeMap, i.wRefract);fixed fresnel = saturate(_FresnelScale + (1 - _FresnelScale) * pow(1 - dot(i.wViewDir, i.wNormal), 5));return fixed4(ambient, 1) + fresnel * reflection + (1 - fresnel) * refraction;              //此处应考虑能量守恒，而非使用插值} ENDCG}}FallBack "Specular"
}

五、动态环境映射

在上一节中实现了假反射，也就是物体仅能反射天空盒，而无法反射周边的其它的物体

可以尝试在不考虑性能的情况下实现以下动态环境映射，也就是实现“真”反射

1)：动态生成立方体贴图：

可以依靠 Unity 自带的函数 Camera.RenderToCubemap(cubemap) 来生成以当前物体为中心，周围场景的天空盒：

Unity 官网上给出了一个很经典的例子如下：

using UnityEngine;
using UnityEditor;
using System.Collections;public class RenderCubemapWizard : ScriptableWizard
{public Transform renderFromPosition;public Cubemap cubemap;void OnWizardUpdate(){string helpString = "Select transform to render from and cubemap to render into";bool isValid = (renderFromPosition != null) && (cubemap != null);}void OnWizardCreate(){// create temporary camera for renderingGameObject go = new GameObject("CubemapCamera");go.AddComponent<Camera>();// place it on the objectgo.transform.position = renderFromPosition.position;go.transform.rotation = Quaternion.identity;// render into cubemapgo.GetComponent<Camera>().RenderToCubemap(cubemap);// destroy temporary cameraDestroyImmediate(go);}[MenuItem("GameObject/Render into Cubemap")]static void RenderCubemap(){ScriptableWizard.DisplayWizard<RenderCubemapWizard>("Render cubemap", "Render!");}
}

这是一份工具代码，应用后，就可以在这里找到自己的“编辑器”：

点击 Render 就可以将图象渲染到上面设置的立方体纹理中，其中立方体纹理的创建如下：

不过需要注意的是，这个立方体需要设置可读，不然会出现报错“Unable to render into cubemap, make sure it's marked as 'Readable'”

2)：渲染到 RT

根据 1)，我们可以得到一个很暴力的实现方法，对于每一帧每一个物体都动态生成对应的立方体贴图，并将其作为前面的 Shader 中的 CubeMap

当然在实现过程中需要用到渲染纹理(RenderTexture)，这部分就在后面介绍了

还是能得到一个很不错的效果的