Unity3D 在游戏引擎中常用的光照模型有哪些现详解

Unity3D是一款强大的游戏引擎，其在游戏开发中广泛应用于各种类型的游戏。光照模型是游戏引擎中一个重要的组成部分，它决定了游戏中的光照效果和物体的视觉效果。在Unity3D中，常用的光照模型有Lambert光照模型、Blinn-Phong光照模型和PBR（Physically Based Rendering）光照模型。

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Lambert光照模型是最简单的光照模型之一，它只考虑了光照的方向和物体表面的法向量。在Lambert光照模型中，物体表面的颜色只与光源的方向和物体表面的法向量有关，与观察者的位置无关。其计算公式如下：

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float3 lightDir = normalize(lightPosition - surfacePosition); // 光照方向 float3 normal = normalize(surfaceNormal); // 法向量 float diffuse = max(dot(lightDir, normal), 0); // 计算漫反射强度 float3 finalColor = objectColor * lightColor * diffuse; // 计算最终颜色

在这段代码中，lightDir表示光照方向，normal表示物体表面的法向量，diffuse表示漫反射强度，objectColor表示物体的颜色，lightColor表示光源的颜色。

Blinn-Phong光照模型是一种更高级的光照模型，它在Lambert光照模型的基础上加入了镜面反射成分，使得物体表面能够呈现出光亮的效果。在Blinn-Phong光照模型中，除了考虑光照的方向和物体表面的法向量外，还需要考虑观察者的位置。其计算公式如下：

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float3 lightDir = normalize(lightPosition - surfacePosition); // 光照方向 float3 viewDir = normalize(viewPosition - surfacePosition); // 观察方向 float3 halfDir = normalize(lightDir + viewDir); // 半向量 float3 normal = normalize(surfaceNormal); // 法向量 float diffuse = max(dot(lightDir, normal), 0); // 计算漫反射强度 float specular = pow(max(dot(normal, halfDir), 0), shininess); // 计算镜面反射强度 float3 finalColor = objectColor * lightColor * (diffuse + specular); // 计算最终颜色

在这段代码中，viewDir表示观察方向，halfDir表示光照方向和观察方向的半向量，shininess表示物体的光泽度。

PBR光照模型是一种基于物理的光照模型，它模拟了真实世界中光的传播和反射的物理过程。PBR光照模型考虑了光的能量衰减、金属度和粗糙度等因素，使得物体表面的光照效果更加真实。在Unity3D中，PBR光照模型可以通过使用Standard Shader来实现。其计算公式如下：

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float3 albedo = texture2D(albedoMap, uv).rgb; // 反射率贴图 float3 normal = UnpackNormal(texture2D(normalMap, uv)); // 法向量贴图 float3 viewDir = normalize(viewPosition - surfacePosition); // 观察方向 float3 lightDir = normalize(lightPosition - surfacePosition); // 光照方向 float3 halfDir = normalize(lightDir + viewDir); // 半向量 float3 F0 = mix(F0NonMetal, F0Metal, metallic); // 镜面反射率 float3 F = FresnelSchlick(dot(halfDir, viewDir), F0); // 菲涅尔项 float3 diffuse = albedo * (1 - F); // 漫反射 float3 specular = F * D * G / (4 * dot(normal, viewDir) * dot(normal, lightDir)); // 镜面反射 float3 finalColor = (diffuse + specular) * lightColor; // 计算最终颜色

在这段代码中，albedo表示反射率，normal表示法向量，viewDir表示观察方向，lightDir表示光照方向，halfDir表示光照方向和观察方向的半向量，F0表示镜面反射率，F表示菲涅尔项，diffuse表示漫反射，specular表示镜面反射。

以上是Unity3D中常用的光照模型的详解和代码实现。通过使用这些光照模型，可以使游戏中的物体表面呈现出逼真的光照效果，提升游戏的视觉质量。在实际的游戏开发中，可以根据具体的需求和场景选择适合的光照模型，并根据需要进行调整和优化，以达到最佳的视觉效果。