sv信道模型是什么_Unity Shader|基本光照模型实现中遇到的疑思

搞定冯乐乐入门精要的第七章基础光照之没用的疑难杂症886

以下是基础光照的导图：逐顶点分支与逐像素一致，图略。逐三角形一般不适用于平滑几何体，因此很少用到，略。

在做基本光照模型时，不管是做哪个着色频率（逐顶点、逐像素）都有一个基本思路：

首先一定要理解基本光照模型的原理，也就是知道公式背后的含义
想清楚要做逐顶点还是逐像素，这意味着你会在vertexshader还是fragment shader中写光照计算的代码；意味着你要规定v2f结构体的数据内容。
想清楚为了计算光照需要什么变量（光照公式中有哪些变量），为了得到这些变量数据，需要做什么？有哪些是unity内置变量可以直接得到？意味着你要计算还是找内置变量/函数以及你要写上内置变量相应的cginc库
这些变量是在什么坐标空间（模型空间？世界空间？）下计算的？意味着你要做坐标变换。
套公式进去计算，return color。

下面是写代码时我遇到的问题：

问题1：逐片元光照时，在vertexshader中归一化了法向量，传入片元中直接使用为什么会出错呢？

计算光照要用归一化的向量，我就想，在顶点着色器归一化向量之后再传到片元着色器不是一样的吗？（现在：你脑子瓦特了，当然不一样啊。

这个问题在哪里呢，在于我脑子里没有很清晰的渲染管线的概念，顶点着色器中的法线是每个顶点都有的，而片元着色器中的法线是会在三角面片内部上进行插值，从而才能得到平滑的法线信息。所以传入的法线如果直接用了，哪怕之前归一化过，现在也并不是归一化的呀～当然会出错呀～

问题2:为什么将法线从模型空间变换到世界空间时与顶点的变换式子不同？

知识点太多专门写了一篇文章解释：涉及到法线的空间变换问题（法线是矢量而模型顶点是一个点，做变换时矢量需要舍弃平移的影响）。具体戳下面的文章

//为什么这个是右乘矩阵？为什么要(float3x3)
o.worldNormal =  mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);
o.worldVertexPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;

aganztracy：图形学 | Shader |用一篇文章理解法线变换、切线空间、法线贴图zhuanlan.zhihu.com

问题3:虽然没有人在vertexshader中做纹理采样...但是我就是想试试，用tex2d采样时为什么不行？

搜到的答案说：

顶点纹理采样只在Shader Model 3中支持，并且无法使用tex2d()函数。tex2D()实际上是一个快捷方式，它指出“找出正确的mip级别来自动进行采样” – 在片段着色器中，这是使用隐式导数完成的，但是这些在顶点阶段不可用。所以，我们需要使用更明确的tex2dlod()（它可以在顶点和片段阶段工作）。这个函数需要一个4分量vector，其x和y是uv空间中熟悉的纹理坐标， w表示从哪个mip级别采样（0是可用的最高分辨率）。

Why can't I sample a texture in a vertex shader?gamedev.stackexchange.com

然后我就用tex2dlod()采样，法线分辨率好低，是因为网格顶点数实在太少了～

左图顶点数目较多，因此纹理更清晰

正方体只有8个顶点，基本采样成一个颜色了

以上我的问题就得到解决了，其实我的问题似乎也没什么意义，主要是对管线还不够亲密。但是对于自己“偏偏想试试这样做会怎么样”的想法，我觉得还挺有趣。所以就写文记录一下～希望自己以后也多问为什么。

附录代码

代码使用方法：在vertexshader和fragmentshader中只能同时打开同一个序号进行计算，如下面都打开了代码段【1】的内容进行逐片元光照。

【1】逐片元光照（逐像素光照）
【2】内置函数的逐片元光照（逐像素光照）
【3】逐顶点光照

//因为当前渲染路径是前向渲染的第一个pass： ForwardBase。只有平行光，平行光是没有光照衰减的
Shader "ZTQShaders/blinnPhongShader"
{Properties{_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}_Diffuse ("Diffuse",Color) = (1, 1, 1, 1)_Specular ("Specular",Color ) = (1, 1, 1, 1)_Gloss ("Gloss",Range(1.0,256)) = 20}SubShader{Tags { "RenderType"="Opaque" }LOD 100Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"struct a2vb{float4 vertex : POSITION;//必做步骤float2 uv : TEXCOORD0;float3 normal : NORMAL;};struct v2f{float2 uv : TEXCOORD0;float4 vertex : SV_POSITION;//必做步骤//fixed3 color :COLOR;float3 worldNormal :TEXCOORD1;float3 worldVertexPos :TEXCOORD2;};sampler2D _MainTex;float4 _MainTex_ST;fixed4 _Diffuse;fixed4 _Specular;float _Gloss;v2f vert (a2v v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//模型空间到齐次剪裁空间（vertex shader 必做步骤,尽管代码中并未使用，也要做变换，因为管线之后的操作都需要用到）o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);//自动使用了纹理对应的ST变量对纹理做偏移和缩放变换// o.uv = v.uv.xy*_MainTex_ST.xy+_MainTex_ST.zw; //效果等上///【1】【2】逐片元光照o.worldNormal =  mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);//为什么这个是右乘矩阵？为什么要(float3x3)o.worldVertexPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;/逐片元光照【3】逐顶点光照以下所有向量都是在world space 中，仅此使用之前1要转换到世界坐标系 2要归一化// fixed3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);// fixed3 normalDir = normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject));//为什么这个是右乘矩阵？为什么要(float3x3)// fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz -  mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz);//而这个是左乘矩阵？// //// fixed3 albedo =  tex2Dlod(_MainTex,fixed4(o.uv,0,0)) *_Diffuse.rgb ;//顶点着色器中无法用tex2d 对纹理进行采样，此处用tex2Dlod// fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;// //// fixed3 diff = _LightColor0.rgb * albedo.rgb * saturate(dot(normalDir,lightDir));// //// fixed h_scl= 0.5;// fixed h_bia = 0.5;// fixed3 diff_half  =_LightColor0.rgb * albedo.rgb * (h_scl*dot(normalDir,lightDir)+h_bia);// //// fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-lightDir,normalDir));// fixed3 spec =  _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);// //// fixed3 halfDir = normalize(lightDir + viewDir); //half vector// fixed3 spec_half = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(normalDir,halfDir)),_Gloss);// //// o.color = ambient + diff + spec_half;逐顶点光照return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{//【1】逐片元光照（逐像素光照）以下所有向量都是在world space 中，仅此使用之前1要转换到世界坐标系 2要归一化fixed3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);fixed3 normalDir =normalize(i.worldNormal);//??为什么一定要在这里normalize才正常？// fixed3 normalDir =i.worldNormal;//??为什么一定要在这里normalize才正常？fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz -  i.worldVertexPos);//而这个是左乘矩阵？//fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Diffuse.rgb ;fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;//fixed3 diff = _LightColor0.rgb * albedo.rgb * saturate(dot(normalDir,lightDir));//fixed h_scl= 0.5;fixed h_bia = 0.5;fixed3 diff_half  =_LightColor0.rgb * albedo.rgb * (h_scl*dot(normalDir,lightDir)+h_bia);//fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-lightDir,normalDir));fixed3 spec =  _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);//fixed3 halfDir = normalize(lightDir + viewDir); //half vectorfixed3 spec_half = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(normalDir,halfDir)),_Gloss);//fixed4 col = fixed4(ambient + diff + spec_half,1.0);// col =fixed4(normalDir,1); //fortest// col =fixed4(i.worldNormal,1);//fortest//逐片元光照（逐像素光照）//【2】内置函数的逐片元光照（逐像素光照）// fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);// fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldVertexPos));//内置函数计算lightdirection// fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Diffuse.rgb ;// fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;// fixed3 diff = _LightColor0.rgb * albedo.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));// fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldVertexPos));//内置函数计算viewdirection// fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);// fixed3 spec = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);// fixed4 col= fixed4(ambient + diff + spec, 1.0);内置函数的逐片元光照（逐像素光照）//【3】逐顶点光照// fixed4 col = fixed4(i.color,1);// sample the texture//逐顶点光照return  col;}ENDCG}}
}