unity实现基础光照

环境光和自发光

实现漫反射光照

顶点着色器中计算

// Upgrade NOTE: replaced '_World2Object' with 'unity_WorldToObject'

Shader "MyShader/Chapter 6/diffuse"{
	Properties{
		_Diffuese("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)
	}
	SubShader{
		Pass{
			//指定光照模式为向前渲染，定义正确的mode,才能得到内置光照变量
			Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
			CGPROGRAM

			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag

			//使用内置的一些变量需要使用
			#include "Lighting.cginc"

			//定义匹配的变量
			fixed4 _Diffuese;

			struct a2v{
				float4 vertex:POSITION;
				//在顶点着色器中计算
				float3 normal:NORMAL;
			};
			struct v2f{
				float4 pos:SV_POSITION;
				fixed3 color:COLOR;
			};
			v2f vert(a2v v){
				v2f o;
				//模型空间转换到裁剪空间
				o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				//获得环境光
				fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				//转换到世界空间计算
				fixed3 worldNormal=normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject));
				fixed3 worldLight=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
				//saturate:如果在0-1之间不变，大于1取1，小于0取0
				fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_Diffuese.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLight));
				o.color=ambient+diffuse;
				return o;
			}
			fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
				return fixed4(i.color,1.0);
			}
			
			ENDCG

		}
	}Fallback "DIFFUSE"
}

片元着色器中计算

Shader "MyShader/Chapter 6/diffuse_frag"{
	Properties{
		_Diffuese("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)
	}
	SubShader{
		Pass{
			//指定光照模式为向前渲染，定义正确的mode,才能得到内置光照变量
			Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
			CGPROGRAM

			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag

			//使用内置的一些变量需要使用
			#include "Lighting.cginc"

			//定义匹配的变量
			fixed4 _Diffuese;

			struct a2v{
				float4 vertex:POSITION;
				float3 normal:NORMAL;
			};
			struct v2f{
				float4 pos:SV_POSITION;
				float3 worldNormal:TEXCOORD0;
			};
			v2f vert(a2v v){
				v2f o;
				//模型空间转换到裁剪空间
				o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);	
				return o;
			}
			fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
				fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				fixed3 worldLight=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);	
				float3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);
				fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_Diffuese.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLight));
				fixed3 color=ambient+diffuse;
				return fixed4(color,1.0);
			}
			
			ENDCG

		}
	}Fallback "DIFFUSE"
}

半兰伯特光照模型

• 原理：把余弦值从[-1,1]映射到[0,1](*0.5+0.5)

Shader "MyShader/Chapter 6/diffuse_halfLambort"{
	Properties{
		_Diffuese("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)
	}
	SubShader{
		Pass{
			//指定光照模式为向前渲染，定义正确的mode,才能得到内置光照变量
			Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
			CGPROGRAM

			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag

			//使用内置的一些变量需要使用
			#include "Lighting.cginc"

			//定义匹配的变量
			fixed4 _Diffuese;

			struct a2v{
				float4 vertex:POSITION;
				float3 normal:NORMAL;
			};
			struct v2f{
				float4 pos:SV_POSITION;
				float3 worldNormal:TEXCOORD0;
			};
			v2f vert(a2v v){
				v2f o;
				//模型空间转换到裁剪空间
				o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);	
				return o;
			}
			fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
				fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				fixed3 worldLight=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);	
				float3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);
				fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_Diffuese.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLight)*0.5+0.5);
				fixed3 color=ambient+diffuse;
				return fixed4(color,1.0);
			}
			
			ENDCG

		}
	}Fallback "DIFFUSE"
}

实现高光反射

顶点

Shader "MyShader/Chapter 6/specular_vert"{
	Properties{
		_Diffuese("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)
		_Specular("Specular",Color)=(1,1,1,1)
		_Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20
	}
	SubShader{
		Pass{
			//指定光照模式为向前渲染，定义正确的mode,才能得到内置光照变量
			Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
			CGPROGRAM

			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag

			//使用内置的一些变量需要使用
			#include "Lighting.cginc"

			//定义匹配的变量
			fixed4 _Diffuese;
			fixed4 _Specular;
			float _Gloss;

			struct a2v{
				float4 vertex:POSITION;
				//在顶点着色器中计算
				float3 normal:NORMAL;
			};
			struct v2f{
				float4 pos:SV_POSITION;
				fixed3 color:COLOR;
			};
			v2f vert(a2v v){
				v2f o;
				//模型空间转换到裁剪空间
				o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				//获得环境光
				fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				//转换到世界空间计算
				fixed3 worldNormal=normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject));
				fixed3 worldLight=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
				//saturate:如果在0-1之间不变，大于1取1，小于0取0
				fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_Diffuese.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLight));
				fixed3 reflectDir=(normalize(reflect(-worldLight,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;
			}
			fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
				return fixed4(i.color,1.0);
			}
			
			ENDCG

		}
	}Fallback "DIFFUSE"
}

片元

Shader "MyShader/Chapter 6/specular_frag"{
	Properties{
		_Diffuese("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)
		_Specular("Specular",Color)=(1,1,1,1)
		_Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20
	}
	SubShader{
		Pass{
			//指定光照模式为向前渲染，定义正确的mode,才能得到内置光照变量
			Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
			CGPROGRAM

			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag

			//使用内置的一些变量需要使用
			#include "Lighting.cginc"

			//定义匹配的变量
			fixed4 _Diffuese;
			fixed4 _Specular;
			float _Gloss;

			struct a2v{
				float4 vertex:POSITION;
				float3 normal:NORMAL;
			};
			struct v2f{
				float4 pos:SV_POSITION;
				float3 worldNormal:TEXCOORD0;
				float3 worldPos:TEXCOORD1;
			};
			v2f vert(a2v v){
				v2f o;
				//模型空间转换到裁剪空间
				o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);	
				o.worldPos=(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
				return o;
			}
			fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
				fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				fixed3 worldLight=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);	
				float3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);
				fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_Diffuese.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLight));

				fixed3 reflectDir=(normalize(reflect(-worldLight,worldNormal)));
				fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-i.worldPos);
				fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);

				fixed3 color=ambient+diffuse+specular;
				return fixed4(color,1.0);
			}
			
			ENDCG

		}
	}Fallback "DIFFUSE"
}

blinn-phong

Shader "MyShader/Chapter 6/specular_Blinn-Phong"{
	Properties{
		_Diffuese("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)
		_Specular("Specular",Color)=(1,1,1,1)
		_Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20
	}
	SubShader{
		Pass{
			//指定光照模式为向前渲染，定义正确的mode,才能得到内置光照变量
			Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
			CGPROGRAM

			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag

			//使用内置的一些变量需要使用
			#include "Lighting.cginc"

			//定义匹配的变量
			fixed4 _Diffuese;
			fixed4 _Specular;
			float _Gloss;

			struct a2v{
				float4 vertex:POSITION;
				float3 normal:NORMAL;
			};
			struct v2f{
				float4 pos:SV_POSITION;
				float3 worldNormal:TEXCOORD0;
				float3 worldPos:TEXCOORD1;
			};
			v2f vert(a2v v){
				v2f o;
				//模型空间转换到裁剪空间
				o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);	
				o.worldPos=(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
				return o;
			}
			fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
				fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				fixed3 worldLight=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);	
				float3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);
				fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_Diffuese.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLight));
				//fixed3 reflectDir=(normalize(reflect(-worldLight,worldNormal)));
				fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-i.worldPos);
				fixed3 halfDir=normalize(worldLight+viewDir);
				fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(saturate(dot(worldNormal,halfDir)),_Gloss);

				fixed3 color=ambient+diffuse+specular;
				return fixed4(color,1.0);
			}
			
			ENDCG

		}
	}Fallback "DIFFUSE"
}

使用内置的函数得到方向

Shader "MyShader/Chapter 6/specular_Blinn-Phong"{
	Properties{
		_Diffuese("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)
		_Specular("Specular",Color)=(1,1,1,1)
		_Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20
	}
	SubShader{
		Pass{
			//指定光照模式为向前渲染，定义正确的mode,才能得到内置光照变量
			Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
			CGPROGRAM

			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag

			//使用内置的一些变量需要使用
			#include "Lighting.cginc"

			//定义匹配的变量
			fixed4 _Diffuese;
			fixed4 _Specular;
			float _Gloss;

			struct a2v{
				float4 vertex:POSITION;
				float3 normal:NORMAL;
			};
			struct v2f{
				float4 pos:SV_POSITION;
				float3 worldNormal:TEXCOORD0;
				float3 worldPos:TEXCOORD1;
			};
			v2f vert(a2v v){
				v2f o;
				//模型空间转换到裁剪空间
				o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				//o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);
				o.worldNormal=UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				o.worldPos=(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
				return o;
			}
			fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
				fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				fixed3 worldLight=normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));	
				float3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);
				fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_Diffuese.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLight));
				//fixed3 reflectDir=(normalize(reflect(-worldLight,worldNormal)));
				fixed3 viewDir=normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos));
				fixed3 halfDir=normalize(worldLight+viewDir);
				fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(saturate(dot(worldNormal,halfDir)),_Gloss);

				fixed3 color=ambient+diffuse+specular;
				return fixed4(color,1.0);
			}
			
			ENDCG

		}
	}Fallback "DIFFUSE"
}