Unity Shader 学习笔记（7） 高光反射

Unity Shader 学习笔记（7） 高光反射

参考书籍：《Unity Shader 入门精要》
3D数学 学习笔记（8） 光照

Phong模型的逐顶点、逐像素，和Blinn模型对比：

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Phong模型

逐顶点光照（Gouraud shading，高洛德着色）

Properties {
	_Diffuse ("Diffuse",Color) = (1,1,1,1)
	_Specular ("Specular",Color) = (1,1,1,1)	// 反射颜色
	_Gloss ("Gloss",Range(8.0,256)) = 20		// 高光区域大小
}

Pass中关键代码：

struct a2v {
	float4 vertex : POSITION;
	float3 normal : NORMAL;
};

struct v2f {
	float4 pos : SV_POSITION;
	fixed3 color : COLOR0;
};

v2f vert (a2v v){
	v2f o;
	o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
	
	// 下面这块是逐顶点漫反射，详见上一篇。
	fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
	fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject));
	fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
	fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));
	
	// 计算获得出射方向r。reflect：发射方向，CG提供的函数。worldLightDir是光照方向，与L方向相反。
	fixed reflectDic = normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));

	// 视觉方向v。即相机到物体的向量归一化。
	// 等价UnityWorldSpaceViewDir(mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex))
	fixed viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz);

	// 高光反射系数，Phong模型公式，假设只有一个平行光源_LightColor0。
	fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDic,viewDir)),_Gloss);

	o.color = ambient + diffuse + specular;
	return o;
}

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
	return fixed4(i.color,1.0);
}

逐像素光照（Phong shanding，Phong着色）

没有太大区别，只是把计算过程丢到了片元着色器。

struct v2f {
	float4 pos : SV_POSITION;
	float3 worldNormal : TEXCOORD0;
	float3 worldPos : TEXCOORD1;
};

v2f vert (a2v v){
	v2f o;
	o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
	o.worldNormal = mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);	
	o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
	return o;
}

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
	
	fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;

	fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
	fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
	fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));
	
	fixed reflectDic = normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));
	fixed viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
	fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDic,viewDir)),_Gloss);

	return fixed4(ambient + diffuse + specular,1.0);
}

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Blinn光照模型

计算快于Phong模型。两种都是经验模型。一些情况下Blinn模型更符合实验结果。

直接修改上面Phong的逐片元代码即可。

// 视觉方向v
//fixed viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos));

// 单位向量h
fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);

// 套公式
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0,dot(worldNormal,halfDir)),_Gloss);

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