Unity-Shader-光照模型之漫反射

C#

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2019-7-21

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【旧博客转移 – 2016年4月3日 23:27】

前面的话:

在现实生活中,我们看见能看见的东西都是光反射出来的颜色,如果反射光太弱,或者没有进入你的视角范围,你看到的就是黑色的。 在游戏中光分为几种,平行光源(太阳光),点光源(灯泡)等等,最常用的是Directional light(平行光源)。 当然在计算机中光不过是一些数据罢了, 方向,颜色,亮度就可以决定一个平行光源  

漫反射光照:

漫反射是是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象,根据入射光线与此点的法线来决定此点的反射强度, 用ShaderLab书上的公式表达就是 Lum = C * max(0, cos<L, N>) C:到达此点光线的强度和颜色 N:法线 L:单位长度(标准化)的入射光向量  

Shader "lijia/Diffcue"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD1;
                float3 lightDir : TEXCOORD2;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            float4 _LightColor0;

            v2f vert (appdata_full v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
                o.normal = v.normal;
                o.lightDir = ObjSpaceLightDir(v.vertex);//把光向量从世界空间转成模型空间
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                float3 L = normalize(i.lightDir);
                float3 N = normalize(i.normal);
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                float diff = max(0, dot(N, L)) * _LightColor0.rgb + UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT;//加上环境光
                return col*diff;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

这里要注意的是,计算LightDir跟Normal的夹角的时候,一定要保证在同一个坐标空间。有两种方式

  1. 把LightDir转成模型空间
  2. 把Normal转世界空间

但是把Normal转世界坐标一定要注意,不要用mul(_Object2World, normal)去转,这样如果模型有一些缩放变化就会出现异常。正确的做法是用模型到世界的逆矩阵的转置矩阵。mul(float4(normal, 0), _World2Object);

漫反射效果:

适合用在地形,岩石,墙壁等粗糙的物体上,人物可以使用更炫丽的光照计算,比如下一篇要写的 镜面高光和Phong

作者:李嘉的博客