【URP】Unity[内置Shader]光照着色器Lit

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Lit Shader的作用与原理

Lit Shader是Unity通用渲染管线(URP)中的核心着色器，专门用于实现基于物理的渲染(PBR)效果。它能以照片级质量渲染真实世界的表面材质，如石头、木材、玻璃、塑料和金属，使光照和反射在各种光照条件下(如明亮的阳光或黑暗的洞穴)都能呈现逼真效果。

工作原理

Lit Shader采用物理正确的光照模型，考虑了能量守恒和微表面理论。它通过以下核心参数控制材质表现：

• ‌金属度Metallic‌: 控制材质是金属(1)还是非金属(0)，金属材质具有更强烈的镜面反射
• ‌光滑度Smoothness‌: 决定表面粗糙程度，影响高光反射的扩散范围
• ‌法线贴图Normal Map‌: 增加表面微观细节的视觉表现
• ‌环境光遮蔽Ambient Occlusion‌: 模拟表面缝隙和凹陷处的阴影效果

URP中的Lit Shader通过SubShader和多个Pass实现渲染，每个Pass都有特定用途(如主光源、附加光源、阴影等)。与内置渲染管线不同，URP不需要为每个附加光源创建额外Pass，而是通过优化后的单Pass前向渲染实现高效多光源处理。

发展历史

Lit Shader随着Unity渲染管线的发展经历了几个关键阶段：

• ‌内置渲染管线时期‌：Unity最初提供标准着色器(Standard Shader)，采用类似PBR的工作流程，但性能开销较大
• ‌LWRP阶段‌：Unity推出轻量级渲染管线(LWRP)，包含简化版的Lit Shader，专注于移动平台优化
• ‌URP阶段‌：LWRP升级为通用渲染管线(URP)，Lit Shader成为核心着色器，支持更广泛平台并优化性能
• ‌持续优化‌：Unity不断改进Lit Shader，增加功能如透明混合模式、双面渲染等，同时保持高性能

具体使用方法

基本设置步骤

• 在项目中创建或选择材质

• 在材质检查器窗口中选择Shader为"Universal Render Pipeline > Lit"

• 配置材质属性：

  Surface Options:
    - 表面类型(不透明/透明)
    - 渲染面(正面/双面)
    - 混合模式(Alpha/Premultiply/Additive/Multiply)
  
  Surface Inputs:
    - 基础颜色
    - 金属度
    - 光滑度
    - 法线贴图
    - 高度图等

示例：创建金属材质

• 新建材质并应用Lit Shader
• 设置Surface Type为Opaque
• 调整Base Color为金属色调(如银灰色)
• 将Metallic滑块调至1(完全金属)
• 调整Smoothness控制反射清晰度
• 添加法线贴图增加表面细节

Shader Graph中的应用

虽然Lit Shader本身是代码实现的，但可以在Shader Graph中创建类似效果：

示例：在Shader Graph中创建PBR材质

• 创建新的Shader Graph，选择URP模板
• 添加以下节点：
  • ‌PBR Master‌节点(核心光照模型)
  • ‌Sample Texture 2D‌节点(基础贴图)
  • ‌Normal From Texture‌节点(法线贴图)
  • ‌Slider‌节点(控制金属度和光滑度)
• 连接节点：
  • 基础贴图连接到Albedo
  • 法线连接到Normal
  • 金属度和光滑度滑块连接到相应输入
• 导出为Shader并应用到材质

高级示例

透明玻璃效果

• 在Shader Graph中设置PBR Master的Surface Type为Transparent
• 设置Blend Mode为Alpha
• 添加Fresnel Effect节点模拟玻璃边缘反射
• 使用Vertex Position节点驱动折射效果
• 通过Time节点添加动态反射变化

基础配置

• ‌创建材质并选择Lit Shader‌

  在材质Inspector中选择Shader路径为Universal Render Pipeline > Lit，这是URP下实现物理渲染的基础着色器。

• ‌设置表面类型为透明‌

  在Surface Options中将Surface Type从默认的Opaque改为Transparent，此时会激活Blending Mode选项。

• ‌选择混合模式‌

  • ‌Alpha模式 ‌：适用于普通半透明效果，通过Alpha值控制透明度（0完全透明，1不透明），计算公式为OutputRGBA = (SourceRGB × SourceAlpha) + DestinationRGB × (1 − SourceAlpha)。
  • ‌Premultiply模式‌：适合保留高光和反射的透明材质（如玻璃），可减少边缘伪影。

进阶调整

• ‌深度写入与双Pass优化‌

  若出现透明物体内部穿模问题，可通过双Pass解决：第一个Pass仅写入深度（ZWrite On + ColorMask 0），第二个Pass关闭深度写入并启用混合（ZWrite Off + Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha）。

• ‌折射效果增强‌

  使用GrabPass捕获屏幕纹理，结合模型UV偏移模拟折射。示例代码片段：

  hlsl
  GrabPass { "_GrabTexture" }
  sampler2D _GrabTexture;
  float4 frag(v2f i) : SV_Target {
      float2 offset = /* 基于法线或高度的偏移计算 */;
      return tex2D(_GrabTexture, i.uvgrab + offset);
  }

  此方法需配合透明材质和混合模式使用。

• ‌菲涅尔效应‌

  在片元着色器中加入视角相关透明度变化，增强边缘高光：

  hlsl
  float NDotV = saturate(dot(worldNormal, viewDir));
  float fresnel = pow(1 - NDotV, _FresnelPower);
  alpha *= fresnel;

  通过调整_FresnelPower控制效果强度。

性能注意事项

• 透明渲染会禁用Early-Z优化，建议控制透明物体数量。
• 复杂效果（如折射）可能需自定义Shader变体，URP Lit的Surface Type和Blending Mode已覆盖多数基础需求

金属材质

• ‌工作流模式‌：选择"Metallic"模式，通过调整Metallic滑块控制金属度（1.0为全金属效果）
• ‌光滑度‌：增加Smoothness值（0.8-1.0）可获得镜面反射效果
• ‌基础贴图‌：使用带有金属质感的基础颜色贴图，建议配合法线贴图增强细节

头发材质

• ‌多层结构‌：使用两个材质球（Front+Transparent）组合，Transparent材质需开启Alpha混合和双面渲染
• ‌参数配置 ‌：
  • Front材质：Surface Type=Opaque, Render Face=Front
  • Transparent材质：Alpha=0.3-0.5, Render Face=Both

雪地材质

• ‌世界法线混合‌：通过法线贴图的Y轴值作为蒙版，混合雪地与原材质
• ‌参数设置 ‌：
  • BaseMap：使用雪地纹理
  • Smoothness：0.4-0.6模拟湿雪反光
  • Normal Map：增强表面凹凸细节

岩石/混凝土

• ‌工作流模式‌：选择"Specular"模式更易控制非金属反射
• ‌表面细节 ‌：
  • 使用高对比度法线贴图
  • Smoothness=0.1-0.3保持粗糙质感
  • 开启Height Map实现视差遮挡

动态效果实现

• 对于火焰/水球等特效，建议通过ShaderGraph扩展Lit Shader：
  • ‌UV扰动‌：使用Voronoi噪点+Time节点驱动UV动画
  • ‌进度控制‌：通过脚本动态调整Cutoff参数实现填充效果
• 关键参数组位置：
  • Surface Options：定义材质基础类型和渲染方式
  • Surface Inputs：配置纹理和物理属性
  • Advanced Options：控制渲染优化选项

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