Unity Shader的学习笔记
第八天 开始Unity Shader的学习之Blinn-Phong光照模型
文章目录
- [Unity Shader的学习笔记](#Unity Shader的学习笔记)
- 前言
- 一、Blinn-Phong光照模型
- 二、召唤神龙:使用Unity内置的函数
- 总结
前言
今天我们编写另一种高光反射的实现方法 -- Blinn光照模型.同时了解一些Unity的内置函数.
提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考
一、Blinn-Phong光照模型
Blinn模型没有使用反射方向,而是引入了新的矢量h,它是通过对视角方向v和光照方向l相加后在归一化得到的.公式如下:
Blinn模型计算高光反射的公式如下:
代码如下:
csharp
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 6/Blinn Phong"{
Properties{
_Diffuse ("Diffuse", Color) = (1, 1, 1, 1)
_Specular ("Specular", Color) = (1, 1, 1, 1)
//_Gloss用于控制高光反射属性
_Gloss ("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20
}
SubShader{
Pass{
Tags {"LightMode" = "ForwardBase"}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
fixed4 _Diffuse;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
struct a2v{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};
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); 下面的代码和上面的是一个作用
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
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); 下面的代码和上面的是一个作用
fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));
①
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
fixed3 halfDir = normalize(viewDir + worldLightDir);
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(i.worldNormal, halfDir)), _Gloss);
return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);
}
ENDCG
}
}
Fallback "Specular"
}①计算高光反射部分
首先我们还是计算出视角方向,然后再对视角方向和光照方向相加之后再归一化得到的,最后再计算高光部分即可.
效果展示
可以从效果图看出来,Blinn-Phong光照模型的高光反射部分看起来更大,更亮一点,在实际渲染中,绝大多数我们都会选择Blinn-Phong光照模型,但是这两种光照模型都是经验模型,换句话说,我们不应该认为Bliin_phong模型是对"正确的"Phong模型的近似,实际上,Blinn-Phong模型更符合实验结果.
二、召唤神龙:使用Unity内置的函数
我们在之前的Shader代码中,很多东西都是我们手动计算的,例如视角方向,光源方向等(虽然我们使用的_WorldSpaceLightPos0.xyz得到的光源方向只适合平行光,如果有更复杂的光源信息,这种方法就是错误的了),但是手动计算的过程比较麻烦,Unity提供一些内置函数来帮助我们计算这些信息.
| 函数名 | 描述 |
|---|---|
| float3 WorldSpaceViewDir(float4 v) | 输入一个模型空间中 的顶点位置,返回世界空间中从该点到摄像机的观察方向,内部实现使用了UnityWorldSpaceViewDir函数 |
| float3 UnityWorldSpaceViewDir(float4 v) | 输入一个世界空间中 的顶点位置,返回世界空间中从该点到摄像机的观察方向 |
| float3 ObjectSpaceViewDir(float4 v) | 输入一个模型空间中的顶点位置,返回模型空间中从该点到摄像机的观察方向 |
| float3 WorldSpaceLightDir (float4 v) | 仅可用于前向渲染中 ,输入一个模型空间中的顶点位置,返回世界空间中从该点到光源的光照方向,内部使用了UnityWorldSpaceLightDir 函数,没有被归一化 |
| UnityWorldSpaceLightDir (float4 v) | 仅可用于前向渲染中 ,输入一个世界空间 中的顶点位置,返回世界空间中从该点到光源的光照方向,没有被归一化 |
| float3 ObjSpaceLightDir(float4 v) | 仅可用于前向渲染中 ,输入一个模型空间 中的顶点位置,返回模型空间中从该点到光源的光照方向,没有被归一化 |
| float3 UnityObjectToWorldNormal(float3 norm) | 把法线方向从模型空间转换到世界空间中 |
| float3 UnityObjectToWorldDir(float3 dir) | 把方向矢量从模型空间变换到世界空间中 |
| float3 UnityWorldToObjectDir(float3 dir) | 把方向矢量从世界空间变换到模型空间中 |
类似于UnityXXXX的几个函数都是Unity5中新添加的内置函数,这些帮助函数使得我们不需要跟各种变换矩阵,内置变量打交道,也不需要考虑使用了哪种光源这种问题,而仅仅调用一个函数就可以得到需要的信息.
上面的9个帮助函数中,我们已经掌握了五个器内部实现,都在我们之前的代码中找到,但是需要注意的是,这些函数没有保证得到的方向矢量都是单位矢量,因此我们使用之前都需要将他们归一化.
总结
今天的内容就这么多,我们也可以进行一些尝试,将之前的计算使用这些函数代替一下.