UnityShader中级篇——使物体接受阴影

Shader "Unity Shaders Book/Chapter 9/Shadow"
{
Properties
{
_Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)
//控制高光反射的颜色
_Specular("Specular", Color) = (1,1,1,1)
//控制高光区域的大小
_Gloss("Gloss", Range(8.0,256)) = 20
}
SubShader
{
//BasePass,渲染环境光和最重要的平行光
Pass
{
//指明光照模式为前向渲染模式
Tags{ "LightMode" = "ForwardBase" }

CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//确保光照衰减等光照变量可以被正确赋值
#pragma multi_compile_fwdbase

//包含引用的内置文件
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc"

//声明properties中定义的属性
fixed4 _Diffuse;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;

//定义输入与输出的结构体
struct a2v
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};

struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
//存储世界坐标下的法线方向和顶点坐标
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;
//添加内置宏，声明一个用于阴影纹理采样的坐标，参数是下一个可用的插值寄存器的索引值
SHADOW_COORDS(2)
};

//在顶点着色器中，计算世界坐标下的法线方向和顶点坐标，并传递给片元着色器
v2f vert(a2v v)
{
v2f o;
//转换顶点坐标到裁剪空间
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//转换法线坐标到世界空间，直接使用_Object2World转换法线，不能保证转换后法线依然与模型垂直
o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);
//转换顶点坐标到世界空间
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;

//添加另一个内置宏，用于在顶点着色器中计算上一步中声明的阴影纹理坐标
TRANSFER_SHADOW(o);
return o;
}

//在片元着色器中计算光照模型
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
//获取环境光 ,只计算一次，在之后的Additional Pass中不会再计算这个部分
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;

fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);

//计算漫反射光照
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));

//获取视角方向 = 摄像机的世界坐标 - 顶点的世界坐标
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
//计算新矢量h
fixed3 halfDir = normalize(viewDir + worldLightDir);
//计算高光光照
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(worldNormal,halfDir)),_Gloss);

//平行光的衰减值为1
fixed atten = 1.0;

//使用内置宏计算阴影值
fixed shadow = SHADOW_ATTENUATION(i);

return fixed4(ambient +(diffuse+specular) * atten * shadow,1.0);

}
ENDCG
}

//Additional Pass,渲染其他光源
Pass
{
//指明光照模式为前向渲染模式
Tags{ "LightMode" = "ForwardAdd" }

//开启混合模式，将计算结果与之前的光照结果进行叠加
Blend One One

CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//确保光照衰减等光照变量可以被正确赋值
#pragma multi_compile_fwdadd

//包含引用的内置文件
#include "Lighting.cginc"

//声明properties中定义的属性
fixed4 _Diffuse;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;

//定义输入与输出的结构体
struct a2v
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};

struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
//存储世界坐标下的法线方向和顶点坐标
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;
};

//在顶点着色器中，计算世界坐标下的法线方向和顶点坐标，并传递给片元着色器
v2f vert(a2v v)
{
v2f o;
//转换顶点坐标到裁剪空间
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//转换法线坐标到世界空间，直接使用_Object2World转换法线，不能保证转换后法线依然与模型垂直
o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);
//转换顶点坐标到世界空间
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
return o;
}

//在片元着色器中计算光照模型
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);

//计算不同的光源方向
#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
#else
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPos.xyz);
#endif

//计算漫反射光照
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));

//获取视角方向 = 摄像机的世界坐标 - 顶点的世界坐标
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
//计算新矢量h
fixed3 halfDir = normalize(viewDir + worldLightDir);
//计算高光光照
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(worldNormal,halfDir)),_Gloss);

//处理不同的光源衰减
#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
fixed atten = 1.0;
#else
/*float3 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, float4(i.worldPos, 1)).xyz;
fixed atten = tex2D(_LightTexture0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;*/
float distance = length(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPos.xyz);
//线性衰减
fixed atten = 1.0 / distance;
#endif

return fixed4((diffuse + specular) * atten,1.0);

}
ENDCG
}
}

Fallback"Specular"
}