shader篇-立方体纹理

shader篇-立方体纹理
- 简介
- 天空盒
- 反射
- 折射
- 菲涅尔反射

简介

立方体纹理是环境映射的一种实现方式。
立方体纹理包含6张图像，对应立方体6个面。
优点：实现快速简单，效果好
缺点：经常需要重新生成立方体纹理。仅可以反射环境。

天空盒

天空盒是立方体纹理的一种应用，游戏里常用它模拟背景。让整个场景包裹在一个立方体内。
Unity5中创造立方体纹理的方法有三种。
一、直接由一些特殊布局的纹理创建。
二、手动创建一个cubemap资源，再把6张图赋给它。
三、脚本直接生成。

如果希望根据物体在场景中位置的不同，生成各自不同的立方体纹理。我们需要利用脚本生成。

using UnityEngine;
using UnityEditor;
using System.Collections;public class RenderCubemapWizard : ScriptableWizard {public Transform renderFromPosition;public Cubemap cubemap;void OnWizardUpdate () {helpString = "Select transform to render from and cubemap to render into";isValid = (renderFromPosition != null) && (cubemap != null);}void OnWizardCreate () {GameObject go = new GameObject( "CubemapCamera");go.AddComponent<Camera>();//在renderFromPosition(用户指定位置）创建一个摄像头go.transform.position = renderFromPosition.position;//把当前位置观察到的图像渲染到用户指定的立方体纹理中go.GetComponent<Camera>().RenderToCubemap(cubemap);DestroyImmediate( go );}[MenuItem("GameObject/Render into Cubemap")]static void RenderCubemap () {ScriptableWizard.DisplayWizard<RenderCubemapWizard>("Render cubemap", "Render!");}
}

反射

反射能让物体看起来像镀了层金属一样。
配置

Properties {_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)//控制反射颜色_ReflectColor ("Reflection Color", Color) = (1, 1, 1, 1)//控制反射程度_ReflectAmount ("Reflect Amount", Range(0, 1)) = 1_Cubemap ("Reflection Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}}SubShader {Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry"}Pass { Tags { "LightMode"="ForwardBase" }CGPROGRAM#pragma multi_compile_fwdbase#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"fixed4 _Color;fixed4 _ReflectColor;fixed _ReflectAmount;samplerCUBE _Cubemap;struct a2v {float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;};struct v2f {float4 pos : SV_POSITION;float3 worldPos : TEXCOORD0;fixed3 worldNormal : TEXCOORD1;fixed3 worldViewDir : TEXCOORD2;fixed3 worldRefl : TEXCOORD3;SHADOW_COORDS(4)};

顶点着色器
选择在顶点着色器中计算反射方向
在片元着色器计算更细腻，但差别比较小，在顶点着色器计算性能消耗小。

v2f vert(a2v v) {v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;o.worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(o.worldPos);// 用CG内置的reflect函数计算反射方向o.worldRefl = reflect(-o.worldViewDir, o.worldNormal);TRANSFER_SHADOW(o);return o;
}

片元着色器

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));      fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);        fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));//立方体纹理采样fixed3 reflection = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefl).rgb * _ReflectColor.rgb;UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, reflection, _ReflectAmount) * atten;return fixed4(color, 1.0);
}

折射

接下来模拟折射

配置

Properties {
_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
_RefractColor ("Refraction Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
_RefractAmount ("Refraction Amount", Range(0, 1)) = 1//折射率
_RefractRatio ("Refraction Ratio", Range(0.1, 1)) = 0.5
_Cubemap ("Refraction Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry"}Pass { Tags { "LightMode"="ForwardBase" }CGPROGRAM#pragma multi_compile_fwdbase   #pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"fixed4 _Color;fixed4 _RefractColor;float _RefractAmount;fixed _RefractRatio;samplerCUBE _Cubemap;struct a2v {float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;};struct v2f {float4 pos : SV_POSITION;float3 worldPos : TEXCOORD0;fixed3 worldNormal : TEXCOORD1;fixed3 worldViewDir : TEXCOORD2;fixed3 worldRefr : TEXCOORD3;SHADOW_COORDS(4)};

顶点着色器

v2f vert(a2v v) {v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;o.worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(o.worldPos);//计算折射方向o.worldRefr = refract(-normalize(o.worldViewDir), normalize(o.worldNormal), _RefractRatio);TRANSFER_SHADOW(o);return o;}

片元着色器

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));fixed3 refraction = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefr).rgb * _RefractColor.rgb;UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, refraction, _RefractAmount) * atten;return fixed4(color, 1.0);
}

菲涅尔反射

光线照射到物体表面上，一部分被反射，一部分进入内部，反射折射或散射。
最直接的例子是你看水面，近处的能清楚水底的小鱼和石头，但远处的水面你几乎看不到水底的环境

实例

配置和顶点着色器

Properties {
_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
_FresnelScale ("Fresnel Scale", Range(0, 1)) = 0.5
_Cubemap ("Reflection Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry"}Pass { Tags { "LightMode"="ForwardBase" }CGPROGRAM#pragma multi_compile_fwdbase#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"fixed4 _Color;fixed _FresnelScale;samplerCUBE _Cubemap;struct a2v {float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;};struct v2f {float4 pos : SV_POSITION;float3 worldPos : TEXCOORD0;fixed3 worldNormal : TEXCOORD1;fixed3 worldViewDir : TEXCOORD2;fixed3 worldRefl : TEXCOORD3;SHADOW_COORDS(4)};v2f vert(a2v v) {v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;o.worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(o.worldPos);o.worldRefl = reflect(-o.worldViewDir, o.worldNormal);TRANSFER_SHADOW(o);return o;}

片元着色器
Schlick菲涅尔近似等式

F(v,n)=F0+(1−F0)(1−v∗n)5

F(v,n)=F_0+(1-F_0)(1-v*n)^5

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);fixed3 reflection = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefl).rgb;fixed fresnel = _FresnelScale + (1 - _FresnelScale) * pow(1 - dot(worldViewDir, worldNormal), 5);fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, reflection, saturate(fresnel)) * atten;return fixed4(color, 1.0);
}

_FrensenelScal 为1时完全反射CUbemap，为0则是个具有边缘光照效果的漫反射物体