untiy 3d ShaderLab_第8章_ 基于光照贴图的烘焙照明

第8章 基于光照贴图的烘焙照明
    Lightmap即光照贴图，是游戏中应用很广泛的、便宜而且很出效果的一种模拟光照的方法。 这种光照贴图需要提前渲染，因此可以应用在静态效果图中，是应用很广泛的全局照明技术。但 是，这种方法一般只适用于静态物体。当然，Unity做了很多工作，可以让我们混合使用静态的 光照贴图和动态的实时光源，无缝地照亮场景中静态或动态的物体。
    光照贴图不只可以在Unity中被创建，事实上，我们可以使用任何可渲染软件来创建，但这 里只提及使用已经整合到Unity中的Beast。
8.1单光照贴图和VertexLit渲染路径
    有人会好奇，为什么叫单光照贴图(Single Lightmaps)呢?很简单，那肯定是因为还有双光 照贴图(Dual Lighmaps)。双光照贴图是一种更复杂，也是一种效果更容易和动态光源物体整合 的技术。下面先来了解简单的单光照贴图。
8.1.1测试烘焙的场景

    首先打开Lab_1下的场景，如下图所示的是场景在烘焙(Bake)之前的样子，场景中的物体都是静态的(只有静态的物体才会被Unity输出到Beast中进行烘焙。这里也放了几个非静态的物体进行对比，其中有一个非静态的自发光物体。

8.1.2烘焙的前提:静态物体
    现在可以打开Windows菜单F的Lightmapping子菜单，打开 控制而板。我们可以勾选Show Resolution选项，同时在场景的物体上看到灰 自棋盘格，只有被烘焙的静态物体上才会有，非静态物体不会显示。我们可以在 Lightmapping面板的Bake子菜单下改变此分辨率。分辨率越大，最终的光照贴图越精细，但是相 应的烘焙时间和最终的贴图大小都会增加。
    现在可以单击Bake。按钮，Unity会将烘焙数据传递给Beast，经过一段时间后，Beast就会将 烘焙结果输出给Unity，你可以同时在Game View和Editor View看到此结果，场 景中有了非实时GI照明以及通常不会出现在VertexLit模式下的阴影。
8.1.3如何在烘焙中使用自发光材质
    首先我们注意一下光源，红色的自发光物体因为不是静态的，所以未被烘焙，其自发光未被 Unity传递给Beast，而绿色的自定义的自发光物体则被Unity正确地传递给了Beast。其中 EmissionLM.shader的代码如下:

Shader "Self-Illumin/Lighting/LightMapping/Lab_1/EmissionLM" {
    Properties {
		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
        _Color ("Illumi Color", Color) = (1,1,1,1) 
        _EmissionLM ("Emission (Lightmapper)", Float) = 1
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200
        
       pass{
		Tags{ "LightMode"="Vertex"}
		CGPROGRAM
		#pragma vertex vert
		#pragma fragment frag
		#include "UnityCG.cginc"
		#include "Lighting.cginc"


		uniform float4 _Color;
		float4 _Illumi;
		struct vertOut{
			float4 pos:SV_POSITION;
			float4 color:COLOR;
		};
		vertOut vert(appdata_base v)
		{
			
			float3 c=ShadeVertexLights(v.vertex,v.normal);
			vertOut o;
			o.pos=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
			o.color=_Color*float4(c,1);
			return o;
		}
		float4 frag(vertOut i):COLOR
		{
			return i.color+_Color;
		}
		ENDCG
		}//end pass
    } 
    
}

    这个自发光Shader有一个_EmissionLM属性，这是必需的，Unity会把_MainTex和_Illum贴 图以及_Color相乘，然后在乘以_EmissionLM，把结果作为发光值传递给Beast。除此之外还需要 待别注意，自发光Shader的名字必须以Self-Illum开头，就如本Shader所示。
8.1.4烘焙之后静态物体和非静态物体的实时照明
    下面看黄色光源，其Lightmapping Mode被设置为RealTime Only，所以其未被烘焙。 当烘焙结束之后，不论是黄色光源还是其他光源，不再影响被烘焙过的静态物体，但是 非静态物体继续受灯光的光照影响。我们可以通过GUI控制移动光源1(白色光源)和 光源2(绿色光源)的位置，改变光源1的颜色观察这一现象。移动绿 色光源后的效果，注意它只影响了非静态的球体。
8.1.5应用光照贴图到VertexLit渲染路径下的材质中
最后需要注意观察的是自定义的两个材质。首先是myVertexLit.shader，其代码如下:

Shader "Tut/Lighting/LightMapping/Lab_1/myVertexLit" {
	Properties {
		_MainTex("MainTexture",2d)="white"{}
		_Color ("Base Color", Color) =(1,1,1,1)
	}
	SubShader {
		pass{
		Tags{ "LightMode"="Vertex"}
		CGPROGRAM
		#pragma vertex vert
		#pragma fragment frag
		#include "UnityCG.cginc"
		#include "Lighting.cginc"


		uniform float4 _Color;


		struct vertOut{
			float4 pos:SV_POSITION;
			float4 color:COLOR;
		};
		vertOut vert(appdata_base v)
		{
			
			float3 c=ShadeVertexLights(v.vertex,v.normal);
			vertOut o;
			o.pos=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
			o.color=_Color*float4(c,1);
			return o;
		}
		float4 frag(vertOut i):COLOR
		{
			return i.color;
		}
		ENDCG
		}//end pass
	}
}

    这只有一个LightMode = Vertex的Pass的Shader，我们发现应用了该材质的静态Sphere影响 了烘焙的结果，比较明显的是其投递的阴影。如果你眼力够好，还会发现它也影响了GI，当然， 重要的是当烘焙结束之后，它就消失了，任何光源都无法使其现形。与其相对照的是应用了
VertexLMRGBM.shader的球体，其代码如下:

// Upgrade NOTE: commented out 'float4 unity_LightmapST', a built-in variable
// Upgrade NOTE: commented out 'sampler2D unity_Lightmap', a built-in variable
// Upgrade NOTE: replaced tex2D unity_Lightmap with UNITY_SAMPLE_TEX2D


Shader "Tut/Lighting/LightMapping/Lab_1/VertexLMRGBM" {
    Properties {
        _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
		_Color ("Base Color", Color) =(1,1,1,1)
    }
SubShader {
		pass{
		Tags{ "LightMode"="Vertex"}
		CGPROGRAM
		#pragma vertex vert
		#pragma fragment frag
		#include "UnityCG.cginc"
		#include "Lighting.cginc"


		uniform float4 _Color;


		struct vertOut{
			float4 pos:SV_POSITION;
			float4 color:COLOR;
		};
		vertOut vert(appdata_base v)
		{
			
			float3 c=ShadeVertexLights(v.vertex,v.normal);
			vertOut o;
			o.pos=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
			o.color=_Color*float4(c,1);
			return o;
		}
		float4 frag(vertOut i):COLOR
		{
			return i.color;
		}
		ENDCG
		}//end pass
    Pass {
        Tags{"LightMode"="VertexLMRGBM"}
		CGPROGRAM
		#pragma vertex vert
		#pragma fragment frag
		#include "UnityCG.cginc"
        
        sampler2D _MainTex;
        float4 _MainTex_ST;
        
        // sampler2D unity_Lightmap;
        // float4 unity_LightmapST;


        struct appdata {
            float4 vertex   : POSITION;
            float2 texcoord : TEXCOORD0;
            float2 texcoord1: TEXCOORD1; 
        };
        
        struct v2f {
            float4 pos  : SV_POSITION;
            float2 txuv : TEXCOORD0;
            float2 lmuv : TEXCOORD1;
        };
	        
	        v2f vert (appdata v) {
	            v2f o;
	            o.pos   = mul( UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex );
	            o.txuv  = TRANSFORM_TEX(v.texcoord.xy,_MainTex);
	            o.lmuv  = v.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;
	            return o;
	        }
        
        half4 frag( v2f i ) : COLOR {
           half4 col   = tex2D(_MainTex, i.txuv.xy);
            half4 lm    = UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_Lightmap, i.lmuv.xy);
            col.rgb     = col.rgb * DecodeLightmap(lm); 
            return col;
       }
        ENDCG
        }
    }
}

    和刚刚的Shader不同的是，此Shader多了一个LightMode为VertexLMRGBM的Pass，在这 个Pass中，我们读取了Beast的烘焙结果unity_Lightmap，然后将其输出。这样，我们就看到应 用了刚刚烘焙结果的球体，就和场景中其他使用了默认材质的物体一样。
    LightMode为VertexLMRGBM只适用于发布为桌面应用的情况，此时灯光贴图的编码为 RGBM。如果是移动终端，大部分情况下，光照贴图的编码为double-LDR，此时应该提供一个 LightMode为VertexLM的Pass来读取unity_Lightmap。
8.1.6通过自己的材质改变实时光源对烘焙后物体的照明
    在Single Lightmap模式下，默认的Vertex Shader中，如果静态物体已经被光照贴图所照亮， 是不会再受到实时光源影响的，不过我们可动手写个Shader来改变这一默认行为，就如下面这个 VertexLMRGBM.shader一样:

Shader "Tut/Lighting/LightMapping/Lab_1/VertexLMRGBM_1" {
    Properties {
        _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
		_Color ("Base Color", Color) =(1,1,1,1)
    }
SubShader {
	
    Pass {
        Tags{"LightMode"="VertexLMRGBM"}
		CGPROGRAM
		#pragma vertex vert
		#pragma fragment frag
		#include "UnityCG.cginc"
        
		uniform float4 _Color;
        sampler2D _MainTex;
        float4 _MainTex_ST;
        
        // sampler2D unity_Lightmap;
        // float4 unity_LightmapST;
 
        struct v2f {
            float4 pos  : SV_POSITION;
            float2 txuv : TEXCOORD0;
            float2 lmuv : TEXCOORD1;
			float4 color:COLOR;
        };
	        
	    v2f vert (appdata_full v) {
			float3 c=ShadeVertexLights(v.vertex,v.normal);
	        v2f o;
	        o.pos   = mul( UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex );
	        o.txuv  = TRANSFORM_TEX(v.texcoord.xy,_MainTex);
	        o.lmuv  = v.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;
			o.color=_Color*float4(c,1);
	        return o;
	    }
        
        half4 frag( v2f i ) : COLOR {
           half4 col   = tex2D(_MainTex, i.txuv.xy);
            half4 lm    = UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_Lightmap, i.lmuv.xy);
            col.rgb     = col.rgb * DecodeLightmap(lm); 
            return col+i.color;
       }
        ENDCG
        }
    }
}