一些光照模型

1.  Lambert

Diffuse Light

與視角無關

float   NdotL = max( 0.0 , dot(s.Normal, lightDir));

float4 finalColor;

finalColor.rgb = s.Albedo * _LightColor0 * NdotL;

finalColor.a = s.Alpha;

return   finalColor;

 折疊源碼

fixed diff = max( 0 , dot(s.Normal, lightDir));

 

fixed4 c;

c.rgb = s.Albedo * _LightColor0 * diff * atten;

c.a = s.Alpha;

return   c;

2. Half-Lambert

半條命起源

可以看清物體暗的部分的形狀，因此物體顯得更加扁平

float   NdotL = max( 0.0 , dot(s.Normal, lightDir));

float   HalfLambertDiffuse = pow(NdotL *  0.5   +  0.5 ,  2.0 );

float4 finalColor;

finalColor.rgb = s.Albedo * _LightColor0 * HalfLambertDiffuse * atten;

finalColor.a = s.Alpha;

return   finalColor;

3. Phong

表現高光效果

diffuse light and specular light

float   NdotL = max( 0 , dot(s.Normal, lightDir));

 

float3 lightReflectDirection = reflect(-lightDir, s.Normal);

float   RdotV = max( 0 , dot(lightReflectDirection, viewDir));

float   spec = pow(RdotV, _SpecPower/ 4 ) * _SpecularColor;

 

float4 color;

color.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * NdotL) + (_LightColor0.rgb * _SpecularColor.rgb * spec) * atten;

color.a = s.Alpha;

return   color;

4. Blinn-Phong

建立在Phong的基礎上。Phong計算light reflection vector ，而Blinn計算Half Direction替之，即燈光方向和視角方向的半角向量。
好處是高光更加柔和。

float   NdotL = max( 0 , dot(s.Normal, lightDir));

 

float3 halfVector = normalize(lightDir + viewDir);

float   NdotH = max( 0 , dot(s.Normal, halfVector));

float   spec = pow(NdotH, _SpecPower) * _SpecularColor;

 

float4 color;

color.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * NdotL) + (_LightColor0.rgb * _SpecularColor.rgb * spec) * atten;

color.a = s.Alpha;

return   color;

5. PBR

完全基於物理的

6. Banded-lighting

將連續的燈光變為離散的一段一段的

float   NdotL = max( 0.0 , dot(s.Normal, lightDir));

 

float   lightBandsMultiplier = _LightSteps /  256 ;

float   lightBandsAdditive = _LightSteps /  2 ;

fixed bandedNdotL = (floor((NdotL *  256   + lightBandsAdditive) / _LightSteps))

     * lightBandsMultiplier;

 

float3 lightingModel = bandedNdotL * s.Albedo;

float3 attenColor = atten * _LightColor0.rgb;

float4 finalDiffuse = float4(lightingModel * attenColor,  1 );

return   finalDiffuse;

7. Minnaert

特別適合天鵝絨或月亮，這類多孔可滲透性或纖維狀的表面，這類表面會導致大量光反向散射

float3 viewDirection = viewDir;

float   NdotL = max( 0 , dot(s.Normal, lightDir));

float   NdotV = max( 0 , dot(s.Normal, viewDirection));

 

float3 minnaert = saturate(NdotL * pow(NdotL*NdotV, _Roughness));

 

float3 lightingModel = minnaert * s.Albedo;

float3 attenColor = atten * _LightColor0.rgb;

float4 finalDiffuse = float4(lightingModel * attenColor,  1 );

return   finalDiffuse;

8. Oren–Nayar

Lambert 光照模型，是一個讓光線向各個角度都均勻輻射的模型。這個均勻實在太不可思議了，真實物體表面理應不是這樣的。

在燈光方向不變的情況下，觀察物體的角度不同，物體表面光強、顏色也會發生變化（一般粗糙物體正光光強比背光光強要強）。就是光線向各個角度並非均勻輻射。

Oren-Nayar model 這個主要來自於Michael Oren和Shree K. Nayar在SIGGRAPH94上發表的論文Generalization of Lambert’s Reflectance Model。里面通過統計的等手段總結出比較接近真實粗糙表面的數學公式

http://www1.cs.columbia.edu/CAVE/publications/pdfs/Oren_SIGGRAPH94.pdf

float   roughness = _Roughness;

float   roughnessSqr = roughness * roughness;

float3 o_n_fraction = roughnessSqr / (roughnessSqr + float3( 0.33 ,  0.13 ,  0.09 ));

float3 oren_nayar = float3( 1 ,  0 ,  0 ) + float3(- 0.5 ,  0.17 ,  0.45 ) * o_n_fraction;

float3 viewDirection = viewDir;

float   cos_ndotl = saturate(dot(s.Normal, lightDir));

float   cos_ndotv = saturate(dot(s.Normal, viewDirection));

float   oren_nayar_s = saturate(dot(lightDir, viewDirection)) - cos_ndotl * cos_ndotv;

oren_nayar_s /= lerp(max(cos_ndotl, cos_ndotv),  1 , step(oren_nayar_s,  0 ));

 

 

//lighting and final diffuse

float   attenuation = atten;

float3 lightingModel = s.Albedo * cos_ndotl * (oren_nayar.x + s.Albedo * oren_nayar.y + oren_nayar.z * oren_nayar_s);

float3 attenColor = attenuation * _LightColor0.rgb;

float4 finalDiffuse = float4(lightingModel * attenColor,  1 );

return   finalDiffuse;