Unity Shader系列文章：Unity Shader目录-初级篇
Unity Shader系列文章：Unity Shader目录-中级篇
原理:
每进行一次完整的前向渲染，我们都需要渲染该对象的渲染图元，并计算颜色缓冲区和深度缓冲区的信息，其中深度缓冲区的信息决定了一个片元是否可见，若可见则颜色缓冲区中的值会被更新。
在前向渲染中，Unity会根据场景中各个光源的设置以及这些光源对物体的影响程度（如距离该物体的远近、光源强度等）对这些光源进行一个重要度排序。其中每个顶点最多计算4个逐顶点光照。其他的光以球谐函数（SH）的形式计算。判断规则如下：
- 渲染模式被设置成Not Important的光源，会按逐顶点或者SH处理；
- 场景中的最亮的平行光总是按逐像素处理的；
- 渲染模式被设置成Important的光源会按照逐像素处理；
-
若根据以上规则得到的逐像素光源少于Quality Setting的逐像素光源数量（Pixel Light Count),则会有更多的光源以逐像素的方式进行渲染；
设置光源的类型和渲染模式.png
前向渲染中的两种Pass，Base Pass和Additional Pass：
前向渲染的两种Pass.png
实现效果：
多光源的前向渲染.jpg
Shader代码：
// 前向渲染
Shader "Custom/ForwardRendering"
{
Properties
{
_Diffuse ("Diffuse", Color) = (1, 1, 1, 1) // 漫反射颜色
_Specular ("Specular", Color) = (1, 1, 1, 1) // 高光反射颜色
_Gloss ("Gloss", Range(8, 256)) = 20 // 高光区域大小
}
SubShader
{
Tags { "RenderType" = "Opaque" }
// Base Pass 计算平行光、环境光
pass
{
Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }
CGPROGRAM
// 编译指令，保证在pass中得到Pass中得到正确的光照变量
#pragma multi_compile_fwdbase
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
fixed4 _Diffuse;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
// 应用传递给顶点着色器的数据
struct a2v
{
float4 vertex: POSITION; // 语义: 顶点坐标
float3 normal: NORMAL; // 语义: 法线
};
// 顶点着色器传递给片元着色器的数据
struct v2f
{
float4 pos: SV_POSITION; // 语义: 裁剪空间的顶点坐标
float3 worldNormal: TEXCOORD;
float3 worldPos: TEXCOORD1;
};
// 顶点着色器
v2f vert(a2v v)
{
v2f o;
// 将顶点坐标从模型空间变换到裁剪空间
// 等价于o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
// 将法线从模型空间变换到世界空间
// 等价于o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
// 将顶点坐标从模型空间变换到世界空间
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
return o;
}
// 片元着色器
fixed4 frag(v2f i): SV_TARGET
{
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
// 获得世界空间下单位光向量 (是ForwardBase的pass，光一定是平行光)
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
// 计算漫反射
// 兰伯特公式：Id = Ip * Kd * N * L
// IP：入射光的光颜色；
// Kd：漫反射颜色；
// N：单位法向量，L：单位光向量
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
// 观察方向
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
// 半角向量
float3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);
// 计算高光反射
// Blinn-Phong高光反射公式：
// Cspecular=(Clight * Mspecular) * max(0,n.h)^mgloss
// Clight：入射光颜色；
// Mspecular：高光反射颜色；
// n: 单位法向量；
// h: 半角向量：光线和视线夹角一半方向上的单位向量 h = (V + L)/(| V + L |)
// mgloss：反射系数；
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);
// 环境光
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1);
}
ENDCG
}
// Add pass 计算额外的逐像素光源(点光源、聚光灯等), 每个pass对应1个光源
pass
{
Tags { "LightMode" = "ForwardAdd" }
// 开启混合，
Blend One One
CGPROGRAM
#pragma multi_compile_fwdadd
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc"
fixed4 _Diffuse;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
// 应用传递给顶点着色器的数据
struct a2v
{
float4 vertex: POSITION;
float3 normal: NORMAL;
};
// 顶点着色器传递给片元着色器的数据
struct v2f
{
float4 pos: SV_POSITION;
float3 worldNormal: TEXCOORD0;
float3 worldPos: TEXCOORD1;
};
// 顶点着色器
v2f vert(a2v v)
{
v2f o;
// 将顶点坐标从模型空间变换到裁剪空间
// 等价于o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
// 将法线从模型空间变换到世界空间
// 等价于o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
// 将顶点坐标从模型空间变换到世界空间
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
return o;
}
// 片元着色器
fixed4 frag(v2f i): SV_TARGET
{
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
// 世界空间光向量一般直接用Unity内置函数计算
// 即：fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos))
#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
// 平行光
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
#else
// 非平行光
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPos.xyz);
#endif
// 计算漫反射颜色
// 兰伯特公式：Id = Ip * Kd * N * L
// IP：入射光的光颜色；
// Kd：漫反射颜色；
// N：单位法向量，L：单位光向量
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
// 观察向量
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
// 半角向量
fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);
// 计算高光反射
// Blinn-Phong高光反射公式：
// Cspecular=(Clight * Mspecular) * max(0,n.h)^mgloss
// Clight：入射光颜色；
// Mspecular：高光反射颜色；
// n: 单位法向量；
// h: 半角向量：光线和视线夹角一半方向上的单位向量 h = (V + L)/(| V + L |)
// mgloss：反射系数；
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);
return fixed4(diffuse + specular, 1.0);
}
ENDCG
}
}
}