Unity Shader学习记录(6) —— 高光反射光照模型和内置计算函数

1 高光反射光照模型计算公式

从公式可以看出，要计算高光反射需要知道 4 个参数:入射光线的颜色和强度c，材质的光反射系数 m，视角方向v以及反射方向r。其中，反射方向r可以由表面法线n和光源i计算得到。

2 顶点着色器实现 - 高洛德着色

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'Shader "MyShader/Chapter6_SpecularVertexLevelMat"
{Properties{_Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)_Specular("Specular", Color) = (1,1,1,1)_Gloss("Gloss", Range(8.0,256)) = 20}SubShader{pass{Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"fixed4 _Diffuse;fixed4 _Specular;float _Gloss;//顶点着色器输入结构体struct a2v{fixed4 vertex : POSITION;//NORMAL语义告诉unity法线存到normalfloat3 normal : NORMAL;};//顶点着色器输出结构体，也是片原着色器的输入结构体struct v2f{float4 pos : SV_POSITION;fixed3 color : COLOR;};//顶点着色器实现高光反射v2f vert(a2v v){v2f o;//顶点转换到裁切空间o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//获取环境光fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;//顶点法线转换到世界坐标系fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));//顶点获取当前光源法向量fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//计算漫反射颜色fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));//计算入射光线的反射方向fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir, worldNormal));// 计算摄像机观察视角向量fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz);//计算反射颜色fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir, viewDir)), _Gloss);o.color = ambient + specular + diffuse;return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {return fixed4(i.color, 1.0);}ENDCG}fallback "Specular"}
}

3 片元着色器实现——逐像素着色

Shader "MyShader/Chapter6_SpecularVertexLevelMat"
{Properties{_Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)_Specular("Specular", Color) = (1,1,1,1)_Gloss("Gloss", Range(8.0,256)) = 20}SubShader{pass{Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"fixed4 _Diffuse;fixed4 _Specular;float _Gloss;//顶点着色器输入结构体struct a2v{fixed4 vertex : POSITION;//NORMAL语义告诉unity法线存到normalfloat3 normal : NORMAL;};//顶点着色器输出结构体，也是片原着色器的输入结构体struct v2f{float4 pos : SV_POSITION;float3 worldNormal : TEXCOORD0;float3 worldPos : TEXCOORD1;};//顶点着色器实现高光反射v2f vert(a2v v){v2f o;//顶点转换到裁切空间坐标o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//顶点法线转换到世界空间o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);//顶点位置转换到世界空间坐标o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {//获取环境光fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;//顶点法线转换到世界坐标系fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);//顶点获取当前光源法向量fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//计算漫反射颜色fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));//计算入射光线的反射方向fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir, worldNormal));// 计算摄像机观察视角向量fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);//计算反射颜色    pow(参数,指数)//材质的光泽度,也被称为反光度fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir, viewDir)), _Gloss);return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);}ENDCG}}
}

4Phong光照模型 —— 最常用的光照模型

   //计算漫反射颜色fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));//计算入射光线的反射方向fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir, worldNormal));// 计算摄像机观察视角向量fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);//计算反射向量fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0,dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);

5 Unity 封装的帮助函数

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