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Unity Shader 学习笔记(7) 高光反射

2017-11-14 11:02 585 查看

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:



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);
}


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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