漫反射实现+逐像素漫反射+逐像素漫反射实现

标准光照的构成结构

        自发光：材质本身发出的光，模拟环境使用的光

        漫反射光：光照在粗糙材质后，光的反射方向随机，还有一些光发生了折射，造成材质

                        表面没有明显的光斑。

        高光反射光：光照到材质表面后，无（低）损失直接反射给观察者眼睛，材质表面能观察

                        到光斑。

        环境光：模拟场景光照（简单理解为太阳光）

        裴祥凤提出的光照理论：标准光照=自发光+漫发射光+高光反射光+环境光这个理论是模拟

        光照效果，并不是真实效果。

        以他的名字命名：Phong光照模型

逐顶点光照和逐像素光照

        顶点着色器：会在模型渲染点上运行，其他的点会线性插值

        片元着色器：会在模型的所有像素点上运行。

        逐顶点光照：会在顶点着色器上进行光照运算（高洛德着色）

        逐像素光照：会在片元着色器上运行光照运算（phong着色）

        逐像素比逐顶点效果好，逐顶点比逐像素性能好

漫反射光照（兰伯特定律）

        漫反射光照=光源的颜色*材质的漫反射颜色*MAX（0，标准化后物体表面法向量·标准化

        后光源方向向量）

        光源颜色：场景中光GameObject取得

        材质的漫反射颜色：材质球配置

        Max是数学函数，标准化也有函数

        表面法线向量：CPU加载模型后，传递到GPU中的

        光源方向向量：场景中光GameObject取得

        实现：所有数据拿到，拿公式计算

半兰伯特定律：将整体颜色降低一半，再加一半

        漫反射光照=(光源的颜色·材质的漫反射颜色)·((标准化后物体表面法线向量·标准化后光源

        方向向量)·0.5+0.5）

高光反射光照

        高光光照=光源的颜色*材质高光反射颜色*MAX(0,标准化后的观察方向向量·标准化后的反射方向）^光晕系数

逐顶点光照测试相关代码如下所示：

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'Shader "CreateTest/DiffuseVertex"
{Properties{_DiffuseColor("漫反射颜色",Color) = (1,1,1,1)}SubShader{Pass{//设定光照模式为前向模式（才能正常获取光的颜色和光的方向）//Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag//加载Cg语言的脚本，用来处理光照参数//处理光照的Cg库文件(cginc扩展名)//目录在Unity的安装目录下Editor/Data/CGIncludes/Lighting.cginc#include "Lighting.cginc"//导入材质颜色fixed4 _DiffuseColor;//如果在Cg编程中，顶点或片元着色器接收多个数值的时候，一般会用结构体实现//从CPU接收到的数据struct c2v{float4 vertex:POSITION;//从CPU接收到的模型空间下的点的位置float3 normal:NORMAL; //从CPU接收到的当前点的模型空间下的法线向量};//因为在顶点着色器中，需要计算裁剪空间下点的位置和Phong着色计算出的兰伯特定律计算后的颜色struct v2f{float4 pos:SV_POSITION;//经过顶点着色器计算后的，当前点的裁剪空间下的位置fixed3 color : COLOR;//经过兰伯特定律计算后的当前点的颜色};//高洛德着色（逐顶点光照），光照计算应该编写在顶点着色器中v2f vert(c2v data){//顶点着色器传递给片元着色器的数据结构体声明v2f r;//必须做的：将点从模型空间下，转换到裁剪空间下r.pos=UnityObjectToClipPos(data.vertex);//兰伯特定律计算//漫反射光照=光源的颜色*材质的漫反射颜色*MAX（0,标准化后物体表面法线向量*标准化后光源方向向量)//光照是在世界中发生，需要将所有的数值，变换到世界坐标系下，再运算// _Object2World矩阵是Unity提供的，用于转换模型空间下到世界空间下的转换矩阵//因为法线传递过来的是3x1的列矩阵，_Object2World是4x4的齐次矩阵，如果想做矩阵乘法，需要将齐次矩阵，变成3x3矩阵fixed3 worldNormal = normalize(mul((float3x3)unity_ObjectToWorld, data.normal));//获得直射光的光方向fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//公式运算fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb* _DiffuseColor.rgb* max(0,dot(worldNormal,worldLightDir));//根据高洛德光照模型，将环境光追加在最终计算后的颜色上r.color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz + diffuse;//r.color = _LightColor0.rgb;return r;}//千万记得带"数字"，若未带4可能会出现材质球颜色为红色情况fixed4 frag(v2f data) :SV_Target{return fixed4(data.color,1.0);}ENDCG}}Fallback "Diffuse"
}

逐像素光照测试相关代码如下：

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'Shader "CreateTest/DiffusePixel"
{Properties{_DiffuseColor("漫反射颜色",Color) = (1,1,1,1)}SubShader{Pass{//设定光照模式为前向模式（才能正常获取光的颜色和光的方向）//Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag//加载Cg语言的脚本，用来处理光照参数//处理光照的Cg库文件(cginc扩展名)//目录在Unity的安装目录下Editor/Data/CGIncludes/Lighting.cginc#include "Lighting.cginc"//导入材质颜色fixed4 _DiffuseColor;//如果在Cg编程中，顶点或片元着色器接收多个数值的时候，一般会用结构体实现//从CPU接收到的数据struct c2v{float4 vertex:POSITION;//从CPU接收到的模型空间下的点的位置float3 normal:NORMAL; //从CPU接收到的当前点的模型空间下的法线向量};//因为在顶点着色器中，需要计算裁剪空间下点的位置和Phong着色计算出的兰伯特定律计算后的颜色struct v2f{float4 pos:SV_POSITION;//经过顶点着色器计算后的，当前点的裁剪空间下的位置//fixed3 color : COLOR;//经过兰伯特定律计算后的当前点的颜色float3 worldNormal:NORMAL;//经过矩阵转换后世界空间下的，法线向量};//将渲染点，从模型空间下，转换到裁剪空间下//将渲染点对应的法线，从模型空间下，转换到世界空间下v2f vert(c2v data){//顶点着色器传递给片元着色器的数据结构体声明v2f r;//必须做的：将点从模型空间下，转换到裁剪空间下r.pos=UnityObjectToClipPos(data.vertex);//几何运算，在顶点着色器中完成，再将运算好的数值，传递给片元着色器// _Object2World矩阵是Unity提供的，用于转换模型空间下到世界空间下的转换矩阵//因为法线传递过来的是3x1的列矩阵，_Object2World是4x4的齐次矩阵，如果想做矩阵乘法，需要将齐次矩阵，变成3x3矩阵r.worldNormal = mul((float3x3)unity_ObjectToWorld, data.normal);//r.color = _LightColor0.rgb;return r;}//phong着色（逐像素光照），光照计算应该编写在片元着色器中fixed4 frag(v2f data) :SV_Target{//兰伯特定律计算//漫反射光照=光源的颜色*材质的漫反射颜色*MAX（0,标准化后物体表面法线向量*标准化后光源方向向量)//光照是在世界中发生，需要将所有的数值，变换到世界坐标系下，再运算//世界空间下的，表面法线向量标准化fixed3 worldNormal = normalize(data.worldNormal);//获得直射光的光方向，标准化向量fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//公式运算fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _DiffuseColor.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));//根据Phong光照模型，将环境光追加在最终计算后的颜色上fixed3 color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz + diffuse;return fixed4(color,1.0);}ENDCG}}Fallback "Diffuse"
}

两者之间的区别如下图所示：

 该系列专栏为网课课程笔记，仅用于学习参考。