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高光反射光照模型_逐顶点光照_01

高光反射光照模型_逐顶点光照_01

作者: Rayson | 来源:发表于2020-06-08 10:22 被阅读0次

光照模型中高光反射部分的计算公式


计算高光反射需要4个参数:
1.入射光的颜色强度C (light)
2.材质的高光系数m(specular)
3.视角方向V(矢量)以及反射方向r
4.反射方向r可以由表面法线n(向量)和光源方向I(向量)计算而得:



Shader "Unlit/specularVertexLevel"
{
        //1.声明三个属性,_Specular控制高光反射材质,_Diffuse漫反射材质,_Gloss控制高光区域大小
    Properties
    {
        _Diffuse("Diffuse",Color) =(1,1,1,1)
                //控制高光反射颜色
        _Specular ("Specular" ,Color)=(1,1,1,1)
                //控制高光区域大小
        _Gloss("Gloss",Range(8.0, 256))= 20
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
        //2.在SubShader语句块中定义Pass语句块,Tags指明光照模式
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
        //3.定义着色器 包含内置文件 定义结构体 定义与属性相同类型的变量等
            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Lighting.cginc"

                fixed4    _Diffuse;
                fixed4     _Specular;
                float      _Gloss;

                struct a2v{
                  //模型空间的顶点坐标
                      float4 vertex :POSITION;
                   //模型空间的法线方向
                      float3 normal:NORMAL;
                };

                struct v2f{
                  //输出的是裁剪空间的顶点坐标
                       float4 pos:SV_POSITION;
                       fixed3 color:COLOR;
                };
         //4.顶点着色器:包含了ambient环境光,diffuse漫反射光,specular高光
        v2f vert (a2v v){

                v2f o;
               //利用unity内置的模型-观察-投影矩阵将顶点坐标转换到裁剪空间
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                //通过内置变量获取环境光
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                //法线转换到世界坐标
                //unity_WorldToObject为模型空间到世界空间的变换矩阵的逆矩阵
                fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));
                //获取光源方向
                fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                //利用漫反射光照公式计算漫反射
                fixed3 diffuse= _LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));
                //利用Cg内置反射光线方向计算函数计算反射光线
                fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));
                //mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex)将顶点坐标转换为世界坐标
                //视角方向=摄像头位置-顶点位置
                fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz);
                //根据公式计算高光反射
                fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss) ;

                o.color = ambient + diffuse + specular;

                return o;
                     }
         //5.片元着色器:输出色彩
            fixed4 frag (v2f i):SV_Target
            {
                return fixed4(i.color,1.0);
        
            }
        
            ENDCG
        }
    }

    FallBack"Specular"
}


Shader "Unlit/specularVertexLevel"
{
        //1.声明三个属性,_Specular控制高光反射材质,_Diffuse漫反射材质,_Gloss控制高光区域大小
    Properties
    {
        _Diffuse("Diffuse",Color) =(1,1,1,1)
        _Specular ("Specular" ,Color)=(1,1,1,1)
        _Gloss("Gloss",Range(8.0, 256))= 20
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
        //2.在SubShader语句块中定义Pass语句块,Tags指明光照模式
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
        //3.定义着色器 包含内置文件 定义结构体 定义与属性相同类型的变量等
            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;
                       fixed3 color:COLOR;
                };
         //4.顶点着色器:包含了ambient环境光,diffuse漫反射光,specular高光
        v2f vert (a2v v){

                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));
                fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                fixed3 diffuse= _LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));
                fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));
                fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz);
                fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss) ;
                o.color = ambient + diffuse + specular;
                return o;
                     }
         //5.片元着色器:输出色彩
            fixed4 frag (v2f i):SV_Target
            {
                return fixed4(i.color,1.0);
        
            }
        
            ENDCG
        }
    }

    FallBack"Specular"
}

逐顶点光照

缺陷:使用逐顶点光照 高光部分明显不平滑,主要原因是,高光反射部分的计算是线性的,而在顶点着色中计算光照在进行差值的过程是线性的,破坏了原计算非线性关系,就会出现较大的问题。


ASE 模拟逐顶点光照

参考网站:https://home.gamer.com.tw/creationDetail.php?sn=4502543

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