UnityShader9：光照基础回顾

一、需要提前了解的

基于经验的基础光照，相比于后面物理光照的学习，简单不少：

光照基础：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/106624451
漫反射：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/106640285（里面也有法向量的讲解）
镜面光照：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/106660744
两种基于经验的光照模型：https://blog.csdn.net/Jaihk662/article/details/107856884（第二节 Blinn-Phong 光照）

其实这4篇文章了解完，基本上这章就算没问题了，这章主要还是总结性质

二、BRDF 光照模型

光线射到物体表面后，只有两种结果：散射(scattering)和吸收(absorption)，散射到物体内部的即是折射(refraction)和投射(transmission)，散射到物体外部的叫反射(reflection)，其中漫反射(diffuse)和镜面反射(specular)就是需要重点被考虑的，对于不透明物体，折射进入物体内部的光线还会继续与内部的颗粒进行相交，并有部分会重新发射出去，当然这部分的模拟计算要困难得多，可以暂时不用考虑

根据材质信息、光源信息，用特定的等式去计算某个沿某个观察方向的出射度的过程叫做着色(shading)，这个“特定的等式”就是光照模型(Lighting Model)

BRDF 就是光照模型中，用于描述计算当光线从某个方向照射到一个表面时，反射的光强和方向的，其中 BRDF 全称为双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function)，在图形学中大多使用一个数学公式来表示，并且提供了一些参数来调整材质属性，之前提到的 Phong 光照和 Blinn-Phong 光照就是两个最基础的 BRDF

经验模型：前面了解到的所有光照模型都是基于经验的光照模型，它不符合真实世界的光照现象，只不过它的易用性、计算速度和得到的效果都比较好，很多重要的物理现象（例如菲涅耳反射）无法用经验模型表示
物理模型：基于物理的光照(PBR)，算出来的光照效果非常真实，质量非常高

各向同性(isotropic)与各向异性(anisotropic)：在固定光源方向和视角仅旋转物体的表面的情况下，反射是否会发生改变，很显然前面的光照模型都是各向同性的：也就是不会发生改变

直接光照(DirectLight)和间接光照(IndirectLight)：直接光照是光源直接照射上去的光，间接光照是一次或者多次反射后的光，例如阳光就是直接光照，月光是间接光照

三、公式汇总

1)：兰伯特漫反射：

$\boldsymbol{c}_{\text {diffuse}}=\left(\boldsymbol{c}_{\text {light}} \cdot\boldsymbol{m}_{\text {diffise}}\right) \max (0, \mathbf{n} \cdot L)$ ，对应第二章的图，其中 $\boldsymbol{c}_{\text {light}}$ 是光照颜色， $\boldsymbol{m}_{\text {diffise}}$ 是材质漫反射颜色

2)：半兰伯特漫反射

$\mathbf{c}_{\text {difiuse}}=\left(\mathbf{c}_{\text {light}} \cdot\mathbf{m}_{\text {diffuse}}\right)(\alpha({\mathbf{n}} \cdot \mathbf{L})+\beta)$ ，其中 $\alpha$ 和 $\beta$ 为缩放和偏移参数，一般情况下它们都是 0.5，这时刚好可以将 ${\mathbf{n}} \cdot \mathbf{L}$ 的范围由 [-1, 1] 映射到 [0, 1] 当中

3)：镜面光照反射方向计算：

$\mathbf{r}=2({\mathbf{n}} \cdot \mathbf{L}) {\mathbf{n}}-\mathbf{L}$

4)：Phong 模型镜面光照：

$\mathbf{c}_{\text {spscular}}=\left(\boldsymbol{c}_{\text {light}}\cdot \boldsymbol{m}_{\text {specular}}\right) \max (0, {\mathbf{v}} \cdot \mathbf{r})^{m_{\text {gloss }}}$ ，对应第二章的图，其中 $\boldsymbol{m}_{\text {specular}}$ 是材质镜面反射颜色

5)：Blinn - Phong 模型镜面光照：

$\mathbf{c}_{\text {specular}}=\left(\mathbf{c}_{\text {light}}\cdot \boldsymbol{m}_{\text {specular}}\right) \max (0, {\mathbf{n}} \cdot {\mathbf{h}})^{m_{\text {gloss }}}$ ，其中 ${\mathbf{h}}=\frac{{\mathbf{v}}+\mathbf{L}}{|{\mathbf{v}}+\mathbf{L}|}$