UnityShader案例（二）——Phong高光反射

一、Phong 高光反射原理

这里的高光反射是一种经验模型，也就是说他并不完全符合真实世界的高光反射现象。它可用于计算那些沿着完全镜面反射方向被反射的光线，这样可以看起来更有光泽。例如金属
计算高光反射需要知道的信息比较多，如表面法线、视角方向、光源方向、反射反向等

1、计算公式：

:最终的高光颜色
：光源颜色
：材质的高光反射颜色，它用于控制该材质对于高光反射的强度和颜色。
：材质的光泽度，它用于控制高光区域的 “亮点”有多宽，其值越大。亮点越小。反之，则亮点越小。
：视觉方向
：反射方向，反射方向r可以由表面法线方向n和光源方向l计算获得：

2、Phong高光原理图

二、Phong高光的Shader实现

1、表面着色器实现Phong高光模型

Shader "Custom/Phong" {    Properties {        _Color ("Diffuse Color", Color) = (1,1,1,1)        _MainTex ("Base(RGB)", 2D) = "white" {}        _SpecularColor ("Specular Color", Color) = (1,1,1,1)        _SpecularPower ("Specular Power", Range(0,1)) = 1    }    SubShader {        Tags { "RenderType"="Opaque" }        LOD 200        CGPROGRAM        #pragma surface surf Phong        #pragma target 3.0        sampler2D _MainTex;        fixed4 _Color;        float4 _SpecularColor;        float _SpecularPower;        struct Input {            float2 uv_MainTex;        };        inline float4 LightingPhong(SurfaceOutput s,fixed3 lightDir,half3 viewDir,fixed atten ){            float diff=dot(s.Normal,lightDir);            float3 reflectionVector=normalize(2.0*s.Normal*diff-lightDir);            float spec=pow(max(0,dot(reflectionVector,viewDir)),_SpecularPower);            float3 finalSpec=_SpecularColor*spec;            fixed4 c;            c.rgb=(s.Albedo*_LightColor0.rgb*diff)+(_LightColor0.rgb*finalSpec);            c.a=1.0;            return c;        }        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {            fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex)*_Color;            o.Albedo = c.rgb;            o.Alpha = c.a;        }        ENDCG    }    FallBack "Specular"}

2、逐顶点光照实现Phong高光模型

Shader "Custom/Unlit/VertexPhong"{    Properties    {        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}        _Diffuse ("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)        _Specular("Specular",Color)=(1,1,1,1)        _Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20    }    SubShader    {        Tags { "RenderType"="Opaque" }        LOD 100        Pass        {            Tags{"LightMode"="ForwardBase"}            CGPROGRAM            #pragma vertex vert            #pragma fragment frag            #include "UnityCG.cginc"            #include "Lighting.cginc"            struct appdata            {                float4 vertex : POSITION;                float2 uv : TEXCOORD0;                float3 normal:NORMAL;            };            struct v2f            {                float2 uv : TEXCOORD0;                float4 vertex : SV_POSITION;                fixed3 diffusecolor:COLOR;                fixed3 ambientcolor:COLOR2;                fixed3 specularcolor:COLOR1;            };            sampler2D _MainTex;            fixed4 _Diffuse;            fixed4 _Specular;            float _Gloss;            float4 _MainTex_ST;            v2f vert (appdata v)            {                v2f o;                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);                fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;                fixed3 worldNormal=UnityObjectToWorldNormal(v.normal);                fixed3 worldLightDir=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);                fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));                fixed3 reflectDir=normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));                fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz);                fixed specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);                o.diffusecolor=diffuse;                o.specularcolor=specular;                o.ambientcolor=ambient;                return o;            }            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target            {                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);                fixed3 c=col.rgb*(i.ambientcolor+i.diffusecolor)+i.specularcolor;                return fixed4(c,1.0);            }            ENDCG        }    }}

3、逐像素光照实现Phong高光模型

Shader "Custom/Unlit/FragmentPhong"{    Properties    {        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}        _Diffuse ("Diffuse",Color)=(1,1,1,1)        _Specular("Specular",Color)=(1,1,1,1)        _Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20    }    SubShader    {        Tags { "RenderType"="Opaque" }        LOD 100        Pass        {            Tags{"LightMode"="ForwardBase"}            CGPROGRAM            #pragma vertex vert            #pragma fragment frag            #pragma multi_compile_fog            #include "UnityCG.cginc"            #include "Lighting.cginc"            struct appdata            {                float4 vertex : POSITION;                float2 uv : TEXCOORD0;                float3 normal:NORMAL;            };            struct v2f            {                float2 uv : TEXCOORD0;                float3 worldNormal:TEXCOORD1;                float3 worldPos:TEXCOORD2;                float4 vertex : SV_POSITION;            };            sampler2D _MainTex;            fixed4 _Diffuse;            fixed4 _Specular;            float _Gloss;            float4 _MainTex_ST;            v2f vert (appdata v)            {                v2f o;                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);                o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);                o.worldPos=mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;                return o;            }            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target            {                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);                fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT*col.rgb;                fixed3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);                fixed3 worldLightDir=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);                fixed3 diffuse=col.rgb*_LightColor0.rgb *_Diffuse.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));                fixed3 reflectDir=normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));                fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-i.worldPos.xyz);                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"}