shader入门精要读书笔记20 Unity中的光源类型与衰减计算

一、光源类型

Unity中4中光源：平行光、点光源、聚光灯、面光源(只在烘焙时发生作用)。

光源位置、方向、颜色、强度、衰减等等都与他们的属性息息相关，会影响到Shader。

1.平行光
他没有唯一的位置，它的几何属性只有方向。

2.点光源
表示由一个点发出的向所有方向延伸的光。
照亮空间有限，存在位置等属性，存在衰减等等。

3.聚光灯
是由一块锥形区域定义的，从一个特定位置出发，向特定方向延伸的光。
最复杂的一种光源，照亮空间有限，存在位置、方向、衰减等等。

二、在前向渲染中处理不同的光源类型

前向渲染路径时，Unity Shader会访问5个光源属性：
位置、方向、颜色、强度、衰减，

实践：默认平行光和绿色点光源


Pass
{Tags{"LightMode"="ForwardBase"}//设置Base PassCGPROGRAM#pragma multi_compile_fwdbase  //编译指令确保Shader中光照衰减等光照变量被正确赋值。......//片元着色器中fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz; //在片元着色器中计算环境光fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*max(0,dot(worldNormal,worldLightDir));fixed3 specular = _LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(max(0,dot(worldNormal,halfDir)),_Gloss);fixed atten = 1.0;return fixed4(ambient+(diffuse+specular)*atten,1.0);
}
------------------------------------------------------
//此时Unity中只有一个平行光，就在Base Pass处理。Base Pass处理的一定是平行光。
//如果没有平行光时，Base Pass会当作全黑的光源处理。
//但当着色器中有多个平行光时，Base Pass会处理最亮的平行光，其他平行光会传递给Addition Pass中处理。
------------------------------------------------------
Pass
{Tags{"LightMode"="ForwardAdd"} //设置Addition PassBlend One One   //开启混合模式将此光照结果和之前帧缓存中的光照进行叠加CGPROGRAM#pragma multu_compile_fwdadd //保证我们在Pass中得到正确的光照变量......//片元着色器中首先需要判断光源类型，计算不同光源的方向#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHTfixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);#elsefixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz-i.worldPosition.xyz);#endif //以上为了计算不同光源类型时，光源方向fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*max(0,dot(worldNormal,worldLightDir));fixed3 specular = _LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(max(0,dot(worldNormal,halfDir)),_Gloss);#ifdef USING_DIRECTIONAL_lIGHTfixed atten = 1.0;#elsefloat lightCoord = mul(_LightMatrix0,float4(i.worldPosition,1)).xyz;fixed atten = tex2D(_LightTexture0,dot(lightCoord,lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;//宏UNITY_ATTEN_CHANNEL是为了得到衰减纹理中衰减值所在的分量。#endlf//计算不同光源类型的衰减效果，lightCoord是将顶点位置转换到光源空间//衰减效果使用一张纹理作为查找表，计算衰减。//我们通常关心的是纹理对角线上的纹理颜色值，其表示了光源空间中不同距离的衰减值。return fixed4(ambient+(diffuse+specular)*atten,1.0);
}

也可以使用线性数学方法计算衰减:

float distance = length(_WorldSpaceLightPos0.xyz-i.worldPosition.xyz);
atten = 1.0/distance;

一些补充：

Unity绘制光源的顺序是按照重要程度排序的，与颜色、强度、距离有关。
Untiy不会渲染不在聚光灯内的光源。
在前向渲染路径中，可以使用前向渲染路径中的内置函数和内置变量计算逐顶点与SH光源。

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