Unity-Shader-光照模型之漫反射

【舊博客轉移 - 2016年4月3日 23:27】

 

前面的話：

在現實生活中，我們看見能看見的東西都是光反射出來的顏色，如果反射光太弱，或者沒有進入你的視角范圍，你看到的就是黑色的。

在游戲中光分為幾種，平行光源（太陽光），點光源（燈泡）等等，最常用的是Directional light（平行光源）。

當然在計算機中光不過是一些數據罷了，

方向，顏色，亮度就可以決定一個平行光源

 

漫反射光照：

 

漫反射是是投射在粗糙表面上的光向各個方向反射的現象，根據入射光線與此點的法線來決定此點的反射強度，

用ShaderLab書上的公式表達就是

Lum = C * max(0, cos<L, N>)

C：到達此點光線的強度和顏色

N：法線

L：單位長度（標准化）的入射光向量

 

Shader "lijia/Diffcue"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD1;
                float3 lightDir : TEXCOORD2;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            float4 _LightColor0;

            v2f vert (appdata_full v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
                o.normal = v.normal;
                o.lightDir = ObjSpaceLightDir(v.vertex);//把光向量從世界空間轉成模型空間
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                float3 L = normalize(i.lightDir);
                float3 N = normalize(i.normal);
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                float diff = max(0, dot(N, L)) * _LightColor0.rgb + UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT;//加上環境光
                return col*diff;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

 

這里要注意的是，計算LightDir跟Normal的夾角的時候，一定要保證在同一個坐標空間。有兩種方式

1. 把LightDir轉成模型空間
2. 把Normal轉世界空間

 

但是把Normal轉世界坐標一定要注意，不要用mul(_Object2World, normal)去轉，這樣如果模型有一些縮放變化就會出現異常。正確的做法是用模型到世界的逆矩陣的轉置矩陣。mul(float4(normal, 0), _World2Object);

漫反射效果：

 

 

適合用在地形，岩石，牆壁等粗糙的物體上，人物可以使用更炫麗的光照計算，比如下一篇要寫的 鏡面高光和Phong