一、相关知识介绍
1、光照分析
2、最终实现效果
二、完整光照效果实现
1、环境部分
（1）漫反射部分
通过分离模型上、下、侧三个面，并选择合适的颜色进行模拟
（i）上、下、侧三面环境颜色模拟效果
（2）遮挡阴影
上、下、侧三面环境颜色模拟+AO遮罩模拟环境阴影效果
（3）完整实现代码
csharp
Shader "AP01/L07/3ColAmbient" {
Properties {
_Occlusion ("环境遮挡图", 2d) = "white" {}
_EnvUpCol ("朝上环境色", color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
_EnvSideCol ("侧面环境色", color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1.0)
_EnvDownCol ("朝下环境色", color) = (0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
}
SubShader {
Tags {
"RenderType"="Opaque"
}
Pass {
Name "FORWARD"
Tags {
"LightMode"="ForwardBase"
}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#pragma multi_compile_fwdbase_fullshadows
#pragma target 3.0
// 输入参数
uniform float3 _EnvUpCol;
uniform float3 _EnvSideCol;
uniform float3 _EnvDownCol;
uniform sampler2D _Occlusion;
// 输入结构
struct VertexInput {
float4 vertex : POSITION; // 将模型顶点信息输入进来
float4 normal : NORMAL; // 将模型法线信息输入进来
float2 uv0 : TEXCOORD0; // 将模型UV信息输入进来 0通道 共4通道
};
// 输出结构
struct VertexOutput {
float4 pos : SV_POSITION; // 由模型顶点信息换算而来的顶点屏幕位置
float3 nDirWS : TEXCOORD0; // 由模型法线信息换算来的世界空间法线信息
float2 uv : TEXCOORD1; // 追加UV信息用语像素Shader采样贴图
};
// 输入结构>>>顶点Shader>>>输出结构
VertexOutput vert (VertexInput v) {
VertexOutput o = (VertexOutput)0; // 新建一个输出结构
o.pos = UnityObjectToClipPos( v.vertex ); // 变换顶点信息 并将其塞给输出结构
o.nDirWS = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); // 变换法线信息 并将其塞给输出结构
o.uv = v.uv0; // 图森破
return o; // 将输出结构 输出
}
// 输出结构>>>像素
float4 frag(VertexOutput i) : COLOR {
// 准备向量
float3 nDir = i.nDirWS; // 获取nDir
// 计算各部位遮罩
float upMask = max(0.0, nDir.g); // 获取朝上部分遮罩
float downMask = max(0.0, -nDir.g); // 获取朝下部分遮罩
float sideMask = 1.0 - upMask - downMask; // 获取侧面部分遮罩
// 混合环境色
float3 envCol = _EnvUpCol * upMask + _EnvSideCol * sideMask + _EnvDownCol * downMask;
// 采样Occlusion贴图
float occlusion = tex2D(_Occlusion, i.uv);
// 计算环境光照
float3 envLighting = envCol * occlusion;
// 返回最终颜色
return float4(envLighting, 1.0);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}2、光源部分
（1）漫反射
（2）镜面反射
（3）遮挡阴影
使用Unity中内置的投影方法
（i）遮挡投影效果
（ii）实现代码
csharp
Shader "AP01/L07/Shadow" {
Properties {
}
SubShader {
Tags {
"RenderType"="Opaque"
}
Pass {
Name "FORWARD"
Tags {
"LightMode"="ForwardBase"
}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "AutoLight.cginc" // 使用Unity投影必须包含这两个库文件
#include "Lighting.cginc" // 同上
#pragma multi_compile_fwdbase_fullshadows
#pragma target 3.0
// 输入结构
struct VertexInput {
float4 vertex : POSITION; // 将模型的顶点信息输入进来
};
// 输出结构
struct VertexOutput {
float4 pos : SV_POSITION; // 由模型顶点信息换算而来的顶点屏幕位置
LIGHTING_COORDS(0,1) // 投影用坐标信息 Unity已封装 不用管细节
};
// 输入结构>>>顶点Shader>>>输出结构
VertexOutput vert (VertexInput v) {
VertexOutput o = (VertexOutput)0; // 新建一个输出结构
o.pos = UnityObjectToClipPos( v.vertex ); // 变换顶点信息 并将其塞给输出结构
TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o) // Unity封装 不用管细节
return o; // 将输出结构 输出
}
// 输出结构>>>像素
float4 frag(VertexOutput i) : COLOR {
float shadow = LIGHT_ATTENUATION(i); // 同样Unity封装好的函数 可取出投影
return float4(shadow, shadow, shadow, 1.0);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}3、完整光照
（1）效果
（2）实现代码
csharp
Shader "AP01/L08/OldSchoolPlus" {
Properties {
_BaseCol ("基本色", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1.0)
_LightCol ("光颜色", Color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
_SpecPow ("高光次幂", Range(1, 90)) = 30
_Occlusion ("AO图", 2D) = "white" {}
_EnvInt ("环境光强度", Range(0, 1)) = 0.2
_EnvUpCol ("环境天顶颜色", Color) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
_EnvSideCol ("环境水平颜色", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1.0)
_EnvDownCol ("环境地表颜色", Color) = (0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
}
SubShader {
Tags {
"RenderType"="Opaque"
}
Pass {
Name "FORWARD"
Tags {
"LightMode"="ForwardBase"
}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
// 追加投影相关包含文件
#include "AutoLight.cginc"
#include "Lighting.cginc"
#pragma multi_compile_fwdbase_fullshadows
#pragma target 3.0
// 输入参数
uniform float3 _BaseCol;
uniform float3 _LightCol;
uniform float _SpecPow;
uniform sampler2D _Occlusion;
uniform float _EnvInt;
uniform float3 _EnvUpCol;
uniform float3 _EnvSideCol;
uniform float3 _EnvDownCol;
// 输入结构
struct VertexInput {
float4 vertex : POSITION; // 顶点信息 Get✔
float4 normal : NORMAL; // 法线信息 Get✔
float2 uv0 : TEXCOORD0; // UV信息 Get✔
};
// 输出结构
struct VertexOutput {
float4 pos : SV_POSITION; // 裁剪空间（暂理解为屏幕空间吧）顶点位置
float2 uv0 : TEXCOORD0; // UV0
float4 posWS : TEXCOORD1; // 世界空间顶点位置
float3 nDirWS : TEXCOORD2; // 世界空间法线方向
LIGHTING_COORDS(3,4) // 投影相关
};
// 输入结构>>>顶点Shader>>>输出结构
VertexOutput vert (VertexInput v) {
VertexOutput o = (VertexOutput)0; // 新建输出结构
o.pos = UnityObjectToClipPos( v.vertex ); // 变换顶点位置 OS>CS
o.uv0 = v.uv0; // 传递UV
o.posWS = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex); // 变换顶点位置 OS>WS
o.nDirWS = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); // 变换法线方向 OS>WS
TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o) // 投影相关
return o; // 返回输出结构
}
// 输出结构>>>像素
float4 frag(VertexOutput i) : COLOR {
// 准备向量
float3 nDir = normalize(i.nDirWS);
float3 lDir = _WorldSpaceLightPos0.xyz;
float3 vDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.posWS.xyz);
float3 rDir = reflect(-lDir, nDir);
// 准备点积结果
float ndotl = dot(nDir, lDir);
float vdotr = dot(vDir, rDir);
// 光照模型(直接光照部分)
float shadow = LIGHT_ATTENUATION(i); // 获取投影
float lambert = max(0.0, ndotl);
float phong = pow(max(0.0, vdotr), _SpecPow);
float3 dirLighting = (_BaseCol * lambert + phong) * _LightCol * shadow;
// 光照模型(环境光照部分)
float upMask = max(0.0, nDir.g); // 获取朝上部分遮罩
float downMask = max(0.0, -nDir.g); // 获取朝下部分遮罩
float sideMask = 1.0 - upMask - downMask; // 获取侧面部分遮罩
// 混合环境色
float3 envCol = _EnvUpCol * upMask + _EnvSideCol * sideMask + _EnvDownCol * downMask;
float occlusion = tex2D(_Occlusion, i.uv0); // 采样Occlusion贴图
float3 envLighting = envCol * _EnvInt * occlusion; // 计算环境光照
// 返回结果
float3 finalRGB = dirLighting + envLighting;
return float4(finalRGB, 1.0);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}三、综合实践
待完善