1.Lambert模型
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- 基于Lambert余弦定理构造出的模型，只计算了漫反射部分
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代码部分解析
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- 可以看到Lambert模型中只返回了漫反射（diffuse）
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- 再看一下diffuse是什么组成的
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- 第一项为主光源的入射光颜色
- 第二项为漫反射材质的颜色
- 第三项 法线方向和光照方向的点积（cosθ=n.l)
2.Phong模型
代码部分解析
- 计算反射光方向，用着色器自带的reflect函数计算。注意：这里的光照方向是指往外的方向，所以要取反。
- 高光部分需要的反射方向（r）和观察方向（v）的余弦值（这里cos等于两者点积）
- 观察/视线方向如下：通过相机位置减去顶点像素点位置获得（世界坐标下做的运算）
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漫反射部分已经在上边Lambert模型中计算完成
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计算高光部分=入射光的颜色 * 高光材质颜色 * （v·r）gloss
- 环境光量（Unity的一个宏）* 漫反射材质
3.Blinn-Phone模型
- 对Phong模型进行了改进，不用反射向量来计算高光
- 关键：引入了半程向量h
- 将高光部分的计算改为了法线（n）和半程向量（h）的点积
- 指数依然是gloss（GAMES101中的p指数）
代码部分解析
- 半程向量的计算：光照方向和观察方向相加，再归一化
- NdotH：就是半程向量和法线向量的夹角的余弦。得到高光方向
4.Phong模型和Blinn-Phong模型的区别
- 总体来说就是Blinn-Phong计算更简单
- 特殊情况：Phong模型中，材质反光度很低时，一部分高光的反射向量和观察方向夹角超过90°，就会产生高光缺失、断层的效果。
5.Gourand模型
- 逐顶点计算
- 镜面高光效果差
- 对应的着色频率：Gouraud shading（逐顶点）算出顶点法线，然后插值
- 是在顶点着色器中计算的。（因为是逐顶点的）
- 顶点颜色使用的是Phong模型的结果
- 高光部分用的是观察方向和反射方向的余弦值
- 计算完之后将它作为顶点所携带的颜色
- 在片元/像素着色器中，直接将顶点携带的颜色赋值给了返回的颜色
具体实现代码
Shader "Custom/BaseLighting"
{
Properties
{
_Diffuse ("Color", Color) = (1,1,1,1)
_MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
_Specular("Specular",Color) = (1,1,1,1)
_Glossiness ("Smoothness", Range(1.0,255)) = 20
_NormalMap("NormalMap",2D) = "white"{}
_LocalNormalSild("LocalNormal",Range(0,1)) = 0
_CubeMap("Env Map",CUBE)= ""{}
_MipScale("MipScale",Range(0,10)) =0
_EnvScale("EnvScale",Range(0,1)) = 1
[Toggle] _Phong("Phone", Int) = 0
[Toggle] _BlinnPhong("Binn Phone", Int) = 0
[Toggle] _IBL("IBL", Int) = 0
//_Metallic ("Metallic", Range(0,1)) = 0.0
}
SubShader
{
Tags{"RenderType" = "Opaque"}
LOD 100
Pass{
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma shader_feature _PHONE_
#pragma shader_feature _BlinnPhone
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
float4 _Diffuse;
float4 _Specular;
float _Glossiness;
float _LocalNormalSild;
sampler2D _MainTex ; float4 _MainTex_ST;
uniform sampler2D _NormalMap; uniform float4 _NormalMap_ST;
samplerCUBE _CubeMap;
float _MipScale;
float _EnvScale;
bool _Phong;
bool _BlinnPhong;
bool _IBL;
struct appdata{
float4 vertex :POSITION;
float2 uv:TEXCOORD0;
float3 normal :NORMAL;
float4 tangent :TANGENT;
};
struct v2f {
float4 Pos :SV_POSITION;
float3 worldNormal: NORMAL;
float2 uv :TEXCOORD0;
float3 tangentDir :TEXCOORD1;
float3 bitangentDir :TEXCOORD2;
float3 worldPos :TEXCOORD3;
float3 normalDir: TEXCOORD4;
};
v2f vert(appdata v){
v2f o;
o.Pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
//计算切线和副切线
o.normalDir = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.tangentDir = normalize(mul(unity_ObjectToWorld,float4(v.tangent.xyz,0.0)).xyz);
o.bitangentDir = normalize( cross(o.normalDir,o.tangentDir).xyz*v.tangent.w);//乘tangent.w来确定切线方向
return o;
}
fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
float4 MainTex = tex2D(_MainTex,TRANSFORM_TEX(i.uv,_MainTex));//TRANSFORM_TEX用于控制纹理贴图的缩放和位移
float3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz *_Diffuse*MainTex.rgb;
//光方向
float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
float3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
i.worldNormal = worldNormal;
float3 LightColor = _LightColor0.rbg;
//TBN
float3x3 tangentTransform = float3x3(i.tangentDir,i.bitangentDir,i.normalDir);
//获取映射过去的法线数据(法线自身数据 需要通过TNB矩阵变换到世界空间)
float3 normalLocal = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap,TRANSFORM_TEX(i.uv,_NormalMap)));
float3 normalWorld = normalize(mul(normalLocal,tangentTransform));
float3 finiNormal = lerp(worldNormal,normalWorld,_LocalNormalSild);
float NotL = max(0.0,dot(finiNormal,worldLight));
//lambert计算法线后背面一般为黑色 这里使用环境光和光照做插值
float3 diffuse = lerp(ambient.rgb*_Diffuse.rgb*MainTex.rgb,_LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*MainTex.rgb,NotL);
//Lambert 结果
float3 color = LightColor*MainTex.rgb*NotL;
//Phong （比Lambert多了环境光和高光反射）
//-worldLight表示入射光方向
float3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLight,finiNormal));
float3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-i.worldPos.xyz);
float VdotR = max(0.0,dot(reflectDir,viewDir));
float3 specular = _LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(VdotR,_Glossiness);
//phone结果
if(_Phong){
color = diffuse + ambient+ specular;
}
//Blinn-phong（比Phong在计算高光时使用半程向量 计算更快 光照更真实 ）
float3 halfDir = normalize(worldLight+viewDir);
//
float NdotH = saturate(dot(halfDir,finiNormal));//将数值规范在0-1
specular = _LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(NdotH,_Glossiness);
//Blin-phong结果
if(_BlinnPhong){
color = diffuse + ambient+ specular;
}
//环境贴图
float3 worldRef = normalize(reflect(-viewDir,finiNormal));
float4 reflcol = texCUBElod(_CubeMap,float4(worldRef.rgb,(255-_Glossiness)*8/(255)))*_EnvScale;
specular = _LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(NdotH,_Glossiness);
specular = lerp(diffuse*specular,specular,_Glossiness/255);
reflcol.rgb = lerp(reflcol*diffuse.rgb,reflcol,_Glossiness/255);
if(_IBL){
color = diffuse + reflcol.rgb + specular;
}
//float3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
//float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//世界光方向
//float3 lightColor = _LightColor0.rgb;
//float3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * _Diffuse;
//float3 directLight = max(0,dot(worldNormal,worldLight))*lightColor;
//float3 MainTex = tex2D(_MainTex,i.uv).rgb;
//float3 diffuseColor = MainTex *(directLight+ambient);
return float4(color,1);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
View Code
效果对比
Lambert
Phong
BlinnPhong
标签：normalize,BlinnPhong,Lambert,Shader,rgb,Phong,float4,MainTex,float3 From： https://www.cnblogs.com/kayiko/p/17251831.html