为什么需要多光源支持

在标准光照模型中，每次只针对一个光照进行计算，得出漫反射和高光反射，这样在一个光源下就能有一定程度上真实的渲染效果。
但是一旦出现多个光源，which is the case of reallife, 我们第一篇中的代码就无法支持了（当然第一篇中的代码其实啥也没有很多东西都无法支持）。而只有在多光源的照明下，渲染效果才会更真实。

上一篇的代码存在的问题

上一篇代码的渲染效果如下：

如果增加一个点光源：

是没有任何变化的。因此需要添加多光源支持。

Unity中的前向渲染路径

这里主要使用Unity中的前向渲染ForwardRendering。
前向渲染分为两种Pass
第一种Pass是BasePass，用来渲染主要光源的光照效果，也就是第一节中的效果。这里要包含所有主要的设置，包括环境光，自发光，最重要光源的漫反射和高光等。
一般来说最主要光源是场景中的平行光。
第二种Pass是AddPass，用来渲染一些额外的光源，一般不需要包括环境光。
下面记录如何用上一节的代码实现多光源效果。

将subshader中的Pass复制一次，粘到下面。这是因为我们需要针对最主要光源和次要光源绘制两次（当然了，可能有许多个非主要光源，这时候addPass会被执行多次，以把所有光源都绘制出来）
当然只粘贴是不行的，还要在两个Pass的Tags里分别加上“LightMode”=“ForwardBase”和“LightMode”=“ForwardAdd”
预编译指令也需要进行处理各增加一条#pragma multi_compile_fwdbase和#pragma multi_compile_fwdadd
下面我们试着跑一下：

Shader "Custom/Diffuse"//声明一个shader的名称，格式为 文件夹/文件夹/.../文件夹/shader名称
{Properties//声明材质中可选的属性{_Diffuse ("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)//格式为 _PropertyName("Displayed Name",Type)=DefaultValue}SubShader{Tags { "RenderType" = "Opaque" }//表明这个着色器的渲染属性，意思是使用不透明渲染模式LOD 200//这是一个主要PassPass{Tags{"LightMode"="ForwardBase"}//表明这个Pass的渲染属性，这里指定了光照模式，是前向渲染中的Base模式，//会考虑最重要光源进行计算CGPROGRAM//开始一段CG代码段#pragma multi_compile_fwdbase#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"//Unity自带的光照文件，包含了许多内置变量，例如下文用到的UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT//和_WorldSpaceLightPos0fixed4 _Diffuse;//声明外部变量，要求一定要是对应的变量类型和变量名，不能有错。//（吐槽一下如果定的这么死为什么不干脆直接让引擎处理了省的复制粘贴。）struct a2v {//输入结构体float4 vertex:POSITION;//利用语义向变量中填充所需的数据，这里填充的是每个顶点在模型空间下的坐标float3 normal:NORMAL;//模型空间下的法向量。一般来说需要转化为世界坐标使用};struct v2f {//顶点着色器的输出结构体，片元着色器的输入结构体float4 pos:SV_POSITION;//SV_POSITION这个语义会将pos内的数据输出到屏幕坐标上float3 worldNormal:TEXCOORD0;//采用一个寄存器来存储worldNormal变量。};v2f vert(a2v v) {v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//将模型上的点显示到屏幕上的正确位置o.worldNormal = mul(v.normal, unity_WorldToObject);//获得模型上每个点的世界空间下的法向量方向return o;//将v2f输出传递到片元着色器中。}fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET{float4 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0);//在这里使用的是平行光，//因此这个系统变量存储的就是光源的方向，//如果不是平行光，那么光源方向要用光源坐标减去顶点坐标才行。//可以考虑使用ifdef语法进行区分float3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT;//利用系统变量直接获得环境光信息。//经过一番实验，这个环境光信息是Unity->windows->//rendering->lighting settings中Enviroment lighting下的颜色信息，//如果采用渐变颜色的话，那么使用的是天空信息。float3 diffuse = _Diffuse.rgb * dot(i.worldNormal, worldLightDir);return fixed4(diffuse.rgb+ambient,1.0);//返回颜色值}ENDCG}//下面是次要pass，addpassPass{Tags{"LightMode" = "ForwardAdd"}CGPROGRAM#pragma multi_compile_fwdadd#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"fixed4 _Diffuse;struct a2v {float4 vertex:POSITION;float3 normal:NORMAL;};struct v2f {float4 pos:SV_POSITION;float3 worldNormal:TEXCOORD0;};v2f vert(a2v v) {v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.worldNormal = mul(v.normal, unity_WorldToObject);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET{float4 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0);float3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT;float3 diffuse = _Diffuse.rgb * dot(i.worldNormal, worldLightDir);return fixed4(diffuse.rgb+ambient,1.0);}ENDCG}}FallBack "Diffuse"
}

可以看到点光源在起作用，但是平行光却被无视了。
这是因为每个Pass在绘制图形时都是覆盖绘制的，由于Unity会先执行最主要光源的绘制，再执行次要光源的绘制时次要光源的绘制结果会直接覆盖掉主要光源的数据。
因此在次要光源绘制时我们需要打开AddPass的混合命令，让后来的结果叠加，而不是覆盖到原有结果上。

 ...//下面是次要pass，addpassPass{Blend One One//意思是将现在的绘制结果直接叠加到已有结果上，两者的权重都是1。Tags{"LightMode" = "ForwardAdd"}CGPROGRAM#pragma multi_compile_fwdadd#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"...

仍然存在的问题

上一篇的代码在计算漫反射时，并未对点乘结果做处理，要注意这里的结果很可能会出现负值，这是会影响光照的后续计算的。因此这里使用一个saturate函数来进行去除大于255和小于0的部分：

 ...//float3 diffuse = _Diffuse.rgb * dot(i.worldNormal, worldLightDir);//改为如下：float3 diffuse = _Diffuse.rgb *saturate(dot(i.worldNormal, worldLightDir));...

最后的结果如图：

参考文献：

UnityShader入门精要 _ 人民邮电出版社 _ 冯乐乐编著

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