《Unity Shader入门精要》笔记(五) 高级纹理and纹理动画

第10章 高级纹理

1. 什么是立方体纹理？有哪些用途？如何采样？

   环境映射的一种方法，有六面。提供一个三维向量坐标，然后从立方体中心出发，与六面之一相交。
   实现简单快速，效果好。场景变化的时候需要重新生成纹理。
   立方体纹理不能模拟多次反射的结果
   主要用于天空盒及环境映射。

2. 如何生成立方体纹理？如何使用？

   • 特殊布局的纹理，也可设置为Cubemap
   • 自己提供六张纹理
   • 脚本生成
     go.GetComponent().RenderToCubemap(cubemap);

   参考Unity Cubemap参考 ; Unity RenderToCubemap

   • 使用Cubemap来让物体反射
     fixed3 worldRefl = reflect(-worldViewDir, worldNormal);
     为什么负的？从reflect函数说明可以看到使用的公式是： v=i−2∗n∗(i⋅n) ，跟之前我们推导的公式 v=2∗n∗(i⋅n)−i 多了个负号， 所以需要传入的i是从相机到目标点方向。
     立方体采样：
     fixed3 ref = texCUBE(_Cubemap, worldRefl).rgb * _ReflectColor.rgb;

3. 折射如何模拟？

   折射也没有太多新东西，不外乎是根据折射率公式计算一个折射向量，然后再去取纹理像素。斯涅耳定律公式如下：
   

   Γ1cosθ1=Γ2cosθ2

   
   其中 Γ1 Γ2 分别为两个介质的折射率。
   参考 refract函数说明

4. 菲涅尔反射公式是怎样的，描述的是什么模型？如何应用？

   前面我们使用的反射系数都是固定的，菲涅尔反射描述了物体在不同的视角下的反射和折射的分配系数。参考著名文章Everything Has Fresnel。主要在PBR中用于计算高光反射计算因子。原始的菲涅尔公式比较复杂，所以有很多简化的近似等式。
   Schlick菲涅尔近似等式：
   

   Fschlick(v,n)=F0+(1−F0)(1−v⋅n)5

   其中 F0 为反射系数。当 F0 固定时，视线与发现夹角越大，表达式值越大。夹角固定是， F0 越大，表达式的值也越大。另一个近似公式很像，被称为 Empricial菲涅尔近似等式：
   

   FEmpricial(v,n)=max(0,min(1,bias+scale∗(1−v⋅n)power))

   该公式有三个控制项，跟前面一个公式其实很像，就是几个项都变成控制项，切bias跟scale之间没有互相约束了。这里为什么有个min(1,x)的操作呢？因为PBR有个原则是 能量守恒，所以这个系数是不能超过1的。
   后面PBS再深入研究。

5. 渲染纹理如何使用？能完成什么样的效果？

   渲染目标不是屏幕缓存，而是纹理。设置Camera属性即可
   例如镜子效果：uv计算的时候翻转一下 o.uv.x = 1 - o.uv.x;

6. 程序纹理怎么理解？

   程序生成的纹理。
   Substance Designer可以专门用来生成一些程序纹理。

第11章 让画面动起来

1. uv动画的原理是什么？序列帧动画如何实现？

根据时间来修正uv坐标，那么取得纹理自然就动起来了。
参考UntiyShader內建变量时间部分
序列帧就是uv的计算方式不一样，根据时间间隔，整个uv移动，跟界面中计算网格位置没多大区别。

顶点动画是真的让顶点移动吗？

不是，还记得顶点着色器必须要处理的投影位置吗，这里就是修正投影后的位置，让结果看起来动了。
例如使用一个sin函数对(时间跟x坐标的和)求值去偏移y坐标。可以得到y开始波动。

公告板是如何实现的？

公告板能够根据视角方向，一起旋转，永远都朝着摄像机。使用之前的向量叉乘公式来，分步取得变换后的向量

X=Y×Z=>right=up×normalY=Z×X=>up′=normal×right

下面图是右手坐标系下的图示。。

有顶点动画的物体的阴影处理

实现自己的ShaderCaster，在顶点着色器中对坐标进行跟顶点动画中相同的处理，再使用TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET函数处理

链接汇总

Unity Cubemap参考
Unity RenderToCubemap
reflect函数说明
refract函数说明
Everything Has Fresnel
UntiyShader內建变量时间部分