UnityShader入门精要笔记（5）——Unity中的基础光照

Unity中的基础光照

一、一些基础定义

• 着色：根据材质属性（如漫反射属性等）、光源信息（如光源方向、辐照度等），使用一个等式去计算沿某个观察方向的出射度的过程。这个等式称为光照模型。
• 高光反射：表示物体表面是如何反射光线的
• 漫反射：表示有多少光线会被折射、吸收和散射出表面。
• 将进入摄像机的光线分为4个部分(C为符号，后面的小写单词为下标)：
  • 自发光(emissive)部分：用C_missive来表示。用于描述当给定一个方向时，一个表面本身会向该方向发射多少辐射量。需要注意的是，如果没有使用全局光照（global illumination）技术，这些自发光的表面并不会真的照亮周围的物体，而是它本身看起来更亮了而已。
  • 高光反射（specular）部分：用C_specular来表示。用于描述当光线从光源照射到模型表面时，该表面会在完全镜面反射方向散射多少辐射量。
  • 漫反射（diffuse）部分：用C_diffuse来表示。用于描述当光线从光源照射到模型表面时，该表面会向每个方向散射多少辐射量。
  • 环境光（ambient）部分：用C_ambient来表示。用于描述其他所有的间接光照。
• saturate(x) 函数：把x截取在[0,1]范围内，如果x是一个矢量，那么会对它的每一个分量进行这样的操作。x为矢量或者标量，可以是float、float2、float3等类型。

二、基本光照模型中的各个部分的计算公式

1、漫反射部分：C_diffuse = (C_light * m_diffuse)max(0,n * I)

参数说明：

• C_light：入射光线的颜色和强度
• m_diffuse：材质的漫反射系数
• n：表面法线
• I：光源方向
• max（）操作：saturate函数

用于解决背光面全暗的模型，半兰伯特模型：C_diffuse=(C_light * m_diffuse)(α(n * I)+β)

半兰伯特光照模型没有使用max操作来防止n和I的点积为负值，而是对其结果进行了一个α倍的操作再加上一个β大小的位移。绝大多数情况下，α和β的值均为0.5。所以公式为C**_diffuse=(C_light * m_diffuse)(0.5(n * I)+0.5)
通过这样的方式，将***n*** * I的结果范围从[-1,1]映射到[0,1]范围内。

2、高光反射部分：C_specular=( C_light * m_specular)max(0,v * r)^m_glass

参数说明：

• C_light：入射光的颜色和强度
• m_specular：材质的高光反射系数
• v：视角方向
• r：反射方向，可以由表面法线**n和光源方向I计算得来：r = 2(n * I)n - I。CG也提供了计算反射方向的函数reflect。reflect（I，n）。

另外一种高光反射模型，Blinn光照模型：C_specular=(C * m_specular)max(0,n * h)^m_gloss

• 没有使用反射方向，而是引入一个新的矢量***h***，通过对视角方向**V和光照方向I相加后再归一化得到的。h = (v + I)/|v+I|。