兰伯特光照模型是经验模型，主要用来模拟粗糙物体表面的光照现象，即漫反射。
漫反射特点
1：反射强度与观察者的角度没有关系
2：反射强度与光线的入射角度有关系
漫反射光照符合兰伯特定律（Lambert’s law）：反射光线的强度与表面法线和光源方向之间夹角的余弦值成正比，夹角越大，受到的光线照射量越少，当夹角大于90度，光线照射物体背面，此时认为光照强度为0。

漫反射公式：漫反射 = 光源颜色 x 模型基础颜色 x（法线 · 光源方向），这里使用max函数防止结果为负值，另外可以乘以一个系数来控制最终结果。这里法线和光源方向点乘表示两者之间的夹角，夹角越大点乘值越小

漫反射，兰伯特逐顶点光照

Shader "MyCustom/Diffuse_Lambert_Vertex"
{Properties{//材质的漫反射颜色_Color("Base Color", color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)//漫反射系数_kD("kD", Range(0, 1)) = 1}SubShader{Tags { "RenderType"="Opaque" }LOD 100Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag// make fog work#pragma multi_compile_fog//引入Unity内置的一些变量#include "UnityCG.cginc"//UnityCG.cginc中定义了结构体appdata_base，appdata_tan，appdata_full用于顶点着色器输入//这里自定义appdata类型，只包含需要的数据struct appdata{float4 vertex : POSITION; //顶点位置float3 normal : NORMAL;   //法线};//顶点着色器输出struct v2f{//SV_POSITION是裁剪空间中的顶点坐标，它是DirectX 10中引入的系统数值语义，在大多数平台上，它和POSITION语义是等价的，//但在某些平台（例如PS4）上必须使用SV_POSITION来修饰顶点着色器的输出，否则无法让Shader正常工作//SV_POSITION一旦被作为顶点着色器的输出语义，那么顶点位置就被固定了，后续不能再被改变它的空间位置float4 vertex : SV_POSITION;float4 col : COLOR;};//为了使用Properties语义块中声明的属性，需要定义一个和该属性类型相匹配的变量//由于颜色属性的范围在0到1之间，因此我们可以使用fixed精度的变量来存储它float4 _Color;float _kD;//表示这个变量的初始值来自于外部的其他环境uniform float4 _LightColor0;v2f vert (appdata v){v2f o;//Unity内置 模型 * 世界 * 投影矩阵 UNITY_MATRIX_MVP，把顶点位置从模型空间转换到裁剪空间中o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//在计算法线和光线之间的点积时，只有两者处于同一坐标系下，它们的点积才有意义,//所以需要把顶点的法线从模型空间转到世界空间，unity_WorldToObject是4*4float3 worldNormal = normalize(mul(float4(v.normal, 0.0), unity_WorldToObject).xyz);//也可以这么写// float3 worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));//获取光源方向(们假设场景中只有一个光源且该光源的类型是平行光)float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//当法线和光线之间夹角大于90时，光线是在照射物体的背面，此时光照强度为0float lambert = max(dot(worldNormal, worldLight), 0.0);//也可以使用saturate函数把参数截取到[0, 1]的范围内，防止负值// float lambert = saturate(dot(worldNormal, worldLight));float3 diffuse = _kD * lambert * _Color.rgb * _LightColor0.rgb;//环境光float3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;float3 finalColor = diffuse + ambient;o.col = float4(finalColor, 1.0);return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{return i.col;}ENDCG}}
}

漫反射，兰伯特逐像素光照

Shader "MyCustom/Diffuse_Lambert_Pixel"
{Properties{_Color("Base Color", color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)_kD("kD", Range(0, 1)) = 1}SubShader{Tags { "RenderType"="Opaque" }LOD 100Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag// make fog work#pragma multi_compile_fog#include "UnityCG.cginc"struct appdata{float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;};struct v2f{float4 vertex : SV_POSITION;//顶点着色器中计算世界空间下法线，传递给片元着色器float3 worldNormal : TEXCOORD0;};float4 _Color;float _kD;uniform float4 _LightColor0;v2f vert (appdata v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));return o;}//将光照的计算转移到片元着色器中fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{float3 worldNormal = i.worldNormal;float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);float lambert = max(dot(worldNormal, worldLight), 0.0);float3 diffuse = _kD * lambert * _Color.rgb * _LightColor0.rgb;float3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;float3 finalColor = diffuse + ambient;return float4(finalColor, 1.0);}ENDCG}}
}

半兰伯特逐像素光照

Shader "MyCustom/HalfLambert"
{Properties{_Color ("Base Color", color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)_kD ("kD", Range(0, 1)) = 1}SubShader{Tags { "RenderType"="Opaque" }LOD 100Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag// make fog work#pragma multi_compile_fog#include "UnityCG.cginc"struct appdata{float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;};struct v2f{float4 vertex : SV_POSITION;float3 worldNormal : TEXCOORD0;};float4 _Color;float _kD;uniform float4 _LightColor0;v2f vert (appdata v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{float3 worldNormal = i.worldNormal;float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);// 广义上的半兰伯特 half lambert = light * diffuse * (α* (n * l) + β)// half lambert = light * diffuse * (0.5 * (n * l) + 0.5)float halfLambert = 0.5 * dot(worldNormal, worldLight) + 0.5;float3 diffuse = _kD * halfLambert * _Color.rgb * _LightColor0.rgb;float3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;float3 finalColor = diffuse + ambient;return float4(finalColor, 1.0);}ENDCG}}
}

实际对比

逐顶点光照：计算量较小，明暗过渡的边缘有锯齿，不够自然。而且，由于逐顶点光照会在渲染图元内部对顶点颜色进行插值，这会导致渲染图元内部的颜色总是暗于顶点处的最高颜色值，这在某些情况下会产生明显的棱角现象。
逐像素光照：计算量较大，光照效果更加平滑，有一个问题仍然存在。在光照无法到达的区域，模型的外观通常是全黑的，没有任何明暗变化，这会使模型的背光区域看起来就像一个平面一样，失去了模型细节表现。为此，有一种改善技术被提出来，这就是半兰伯特光照模型。
半兰伯特光照：为了解决兰伯特光照不够亮的问题。

参考《Unity Shader入门精要》

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漫反射，兰伯特逐顶点光照

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