Unity shader 官網文檔全方位學習（二）

摘要: 這篇文章主要介紹Lighting model及自定義Lighting model

上文我們學了surface shader。這玩意在開始的時候啊，在定義哪一個函數處理surface時用必定要指定Lighting model（即光照模型）的。自帶的是Lambert和BlinnPhong.本文首先對這兩個進行說明，後面講解如何自定義光照模型及對官方實例的解析。http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/SL-SurfaceShaderLighting.html

1、簡單光反射模型

1.反射，其實就是光照到物體上，而後再由物體反射出去。這種過程就叫反射。

2.漫反射，物體表面多是不光滑的，所以天然法線就不是均勻的，那麼這種狀況下，當幾條平行光照向物體時，反射回來的光線就再也不是平行的了，這種狀況叫漫反射。

3.鏡面反射：與漫反射對應，若是物體表面光滑，即法線均勻（不必定都平行，會有曲面的狀況），則反射回來的也是均勻的，這種狀況叫鏡面反射。

4.環境光：光線照到指定物體的周圍物體，這時指定物體上有光線反射到，這種光可稱爲環境光或泛光。

5.光照 = 反射光 + 鏡面光 + 環境光 + 自發光。

對於簡單光反射模型： 入射光 = 反射光 + 吸引光。而實際上來講還須要加上投射光與散射光。

2、Lambert和BlinnPhong

1.馮式反射模型：Phong reflection 是一種將漫反射與鏡面反射進行關聯在一些的反射方法。

2.Lambert：一種主要應用於漫反射的光照模型。

3.BlinnPhong: 一種主要應用於鏡面反射的光照模型。

3、自定義光照模型

1.規則：定義一個函數，必須以 Lighting開頭，能夠寫在shader文件裏的任意位置或其餘include的文件。
=>half4 LightingName (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten);  這種是無viewDir，在上文中有說到viewDir就是返回給視角的方向，不用依賴此值，就相似於漫反射的效果。由於漫反射中出來的光線是由不規則的表面來決定。

=>half4 LightingName (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten); 這個方法是相對於上面的，須要依賴於viewDir。

=>half4 LightingName_PrePass (SurfaceOutput s, half4 light); 這個方法是可選的，若是須要光照延時（deferred），就加上此方法，不寫則所有采用快速光照（forward）。

2.自定義解碼光照

注意，若是使用了LightingName_PrePass，則光照解碼的方法在此方法以前，所以是有了光照延時。具體會針對與SingleLightMapping、DualLightMapping和StandardLightMapping三種的方法，與LightMapping的定義函數相似，具體的這裏不介紹，可參考官方文檔：http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/SL-SurfaceShaderLighting.html

3、實例學習

1.自定義一個簡單的漫反射光照模型：

#pragma surface surf SimpleLambert //1 half4 LightingSimpleLambert (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten) { //2 half NdotL = dot (s.Normal, lightDir); //3 half4 c; //4 c.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (NdotL * atten * 2); //5 c.a = s.Alpha; //6 return c; //7 }

 

 

//1: 定義使用SimpleLambert作爲光照模型

//2: 光照模型的定義。這裏說說atten，根據atten的意思（衰減器），能夠理解到，這個參數就是光照的衰減值。

//3：算一點積，光照方向與法線的點積，可理解爲光照與法線的夾角。

//4：定義輸出的顏色四元組。

//5：光照的顏色 = 物體反射顏色 * 原光的顏色* 通過折射的衰減顏色。_LightColor0是在Lighting.cginc 裏定義的，我理解成反射光的顏色。另外還有一個_SpecColor，對應是鏡面反射光的顏色。此處因爲資料稀缺，所有我的的學習所得，若有錯誤，歡迎指出！

//6：設置光的透明與反射透明一致。

//7：返回。

效果：

2.Diffuse wrap

#pragma surface surf WrapLambert half4 LightingWrapLambert (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten) { half NdotL = dot (s.Normal, lightDir); half diff = NdotL * 0.5 + 0.5; //! half4 c; c.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (diff * atten * 2); c.a = s.Alpha; return c; }

 

 

此1不一樣的只是//! 處，這裏算得一個diff，目的是將原得出的點積單位從[-1,1]轉換成[0,1]之間。  
這樣作的用法，在各方問人，加上本身思想，想到的是將全部的座標轉成正值，這樣，在其接受到光源反射的全部地方都會有光，這樣使得光照的範圍擴大了很多。

3.Toon Ramp

#pragma surface surf Ramp sampler2D _Ramp; half4 LightingRamp (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten) { half NdotL = dot (s.Normal, lightDir); half diff = NdotL * 0.5 + 0.5; half3 ramp = tex2D (_Ramp, float2(diff)).rgb; //1 half4 c; c.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * ramp * (atten * 2); c.a = s.Alpha; return c; }

 

 

這裏對比於2，把原本是固定的diff，再加上一個材質。

//1中，直接將diff強轉成float2的座標系，向_Ramp的材質中查找出相應的rgb。最終也以此rgb值及其餘光照值得出光照的rgb值。這種效果能夠考慮來作光暈。這裏我用一張具體的圖，以float2(diff)爲uv找的效果會有點奇怪。不過現象能夠反映出來。

效果：

4.Simple Specular

#pragma surface surf SimpleSpecular half4 LightingSimpleSpecular (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten) { half3 h = normalize (lightDir + viewDir); half diff = max (0, dot (s.Normal, lightDir)); float nh = max (0, dot (s.Normal, h)); float spec = pow (nh, 48.0); half4 c; c.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * diff + _LightColor0.rgb * spec) * (atten * 2); c.a = s.Alpha; return c; }

 

轉載：http://www.javashuo.com/article/p-wrfkvcrj-ds.html 

這個例子是自定義一個鏡面反射的例子。c.rgb 的組成可拆成一個漫反射和一個鏡面反射的組合。

c.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * diff * (atten * 2)) + (_LightColor0.rgb * spec * (atten * 2));

 

 

前半段就是漫反射，不講了。後面半段區別用到了鏡面反射值。而這個值來自於：

float nh = max (0, dot (s.Normal, normalize (lightDir + viewDir)));

 

 

首先，光的方向和視角方向都是決定鏡面反射的重要因素，不能沒lightDir，不然鏡面反射則只跟視角來了，那樣是不現實的。所以此處須要讓兩個方向的向量之和與表面法線進行點積。這個nh範圍是在大於0的。因爲兩個單位向量點積，所以得出的值則是 0到1之間。

後面取pow是爲了放小nh的值，其值越小，則鏡面反射就越小。

上效果：