Unity3D

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公式

基本光照模型中高光反射部分的计算公式：

C s p e c u l a r = (C l i g h t * m s p e c u l a r) m a x (0, v ̂ * r ̂) m g l o s s

计算高光反射需要知道四个参数：

Clight : 入射光线的颜色和强度
mspecular : 材质高光反射系数
v̂ : 视角方向
r̂ : 反射方向

其中反射方向r̂ 可以由表面法线n̂ 和光源方向l̂ 计算的到：

r ̂ = l ̂ - 2 (n ̂ * l ̂) * n ̂

Cg提供了计算反射方向的函数reflect(i, n) :

i = 入射方向
n = 法线方向

逐顶点实现

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'// Upgrade NOTE: replaced '_World2Object' with 'unity_WorldToObject'// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'Shader "Custom/Chapter6-SpecularVertexLevel" {    Properties {        _Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)        // 用于控制材质的高光反射颜色        _Specular ("Specular", Color) = (1,1,1,1)        // 用于控制高光区域的大小        _Gloss ("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20    }    SubShader {        Pass {            // 指明光照模式            Tags {"LightMode" = "ForwardBase"}            CGPROGRAM            #pragma vertex vert            #pragma fragment frag            #include "Lighting.cginc"            fixed4 _Diffuse;            fixed4 _Specular;            float _Gloss;            struct a2v {                float4 vertex : POSITION;                float3 normal : NORMAL;            };            struct v2f {                float4 pos : SV_POSITION;                fixed3 color : COLOR;            };            v2f vert(a2v v) {                v2f o;                // Transform the vertex from object space to projection space                // 把顶点位置从模型空间转换到裁剪空间                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);                // Get ambient term                // 通过Unity内置变量得到环境光                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;                // Transform the normal fram object space to world space                // v.normal是模型空间下的，需要把法线转换到世界空间中。                // 需要使用原变换矩阵的逆转置矩阵来变换法线就可以得到正确的世界空间结果                // 模型空间到世界空间的变换矩阵的逆矩阵 = _WorldToObject                // 调换mul函数中的位置得到和转置矩阵相同的乘法                fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));                // Get the light direction in world space                // 规范化光源方向                fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);                // Compute diffuse term                // 漫反射计算                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));                // Get the reflect direction in world space                // 世界空间下反射方向                fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir, worldNormal));                // Get the view direction in world space                // 世界空间下视角方向                fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz);                // Compute specular term                fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir, viewDir)), _Gloss);                o.color = ambient + diffuse + specular;                return o;            }            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {                return fixed4(i.color, 1.0);            }            ENDCG        }    }    FallBack "Specular"}

逐像素实现

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'// Upgrade NOTE: replaced '_World2Object' with 'unity_WorldToObject'// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'Shader "Custom/Chapter6-SpecularPixelLevel" {    Properties {        _Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)        // 用于控制材质的高光反射颜色        _Specular ("Specular", Color) = (1,1,1,1)        // 用于控制高光区域的大小        _Gloss ("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20    }    SubShader {        Pass {            // 指明光照模式            Tags {"LightMode" = "ForwardBase"}            CGPROGRAM            #pragma vertex vert            #pragma fragment frag            #include "Lighting.cginc"            fixed4 _Diffuse;            fixed4 _Specular;            float _Gloss;            struct a2v {                float4 vertex : POSITION;                float3 normal : NORMAL;            };            struct v2f {                float4 pos : SV_POSITION;                float3 worldNormal : TEXCOORD0;                float3 worldPos : TEXCOORD1;            };            v2f vert(a2v v) {                v2f o;                // Transform the vertex from object space to projection space                // 把顶点位置从模型空间转换到裁剪空间                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);                // Transform the normal fram object space to world space                // v.normal是模型空间下的，需要把法线转换到世界空间中。                // 需要使用原变换矩阵的逆转置矩阵来变换法线就可以得到正确的世界空间结果                // 模型空间到世界空间的变换矩阵的逆矩阵 = _WorldToObject                // 调换mul函数中的位置得到和转置矩阵相同的乘法                o.worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));                // Transform the vertex from object space to world space                o.worldPos = mul(_Object2World, v.vertex).xyz;                return o;            }            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {                // Get ambient term                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;                fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);                fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);                // Compute diffuse term                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));                // Get the reflect direction in world space                fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir, worldNormal));                // Get the view direction in world space                fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);                // Compute specular term                fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir, viewDir)), _Gloss);                return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);            }            ENDCG        }    }    FallBack "Specular"}

Blinn-Phong光照模型

h ̂ = v ̂ + l ̂ | v ̂ + l ̂ |

公式：

ĥ = 新矢量
v̂ = 对视角方向
l̂ = 光照方向

新的Blinn模型计算高光反射的公式：

C s p e c u l a r = (C l i g h t * m s p e c u l a r) m a x (0, n ̂ * h ̂) m g l o s s

Blinn-Phong光照模型反射部分看起来更大、更亮。其也是经验模型。

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'// Upgrade NOTE: replaced '_World2Object' with 'unity_WorldToObject'// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'Shader "Custom/Chapter6-BlinnPhong" {    Properties {        _Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)        // 用于控制材质的高光反射颜色        _Specular ("Specular", Color) = (1,1,1,1)        // 用于控制高光区域的大小        _Gloss ("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20    }    SubShader {        Pass {            // 指明光照模式            Tags {"LightMode" = "ForwardBase"}            CGPROGRAM            #pragma vertex vert            #pragma fragment frag            #include "Lighting.cginc"            fixed4 _Diffuse;            fixed4 _Specular;            float _Gloss;            struct a2v {                float4 vertex : POSITION;                float3 normal : NORMAL;            };            struct v2f {                float4 pos : SV_POSITION;                float3 worldNormal : TEXCOORD0;                float3 worldPos : TEXCOORD1;            };            v2f vert(a2v v) {                v2f o;                // Transform the vertex from object space to projection space                // 把顶点位置从模型空间转换到裁剪空间                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);                // Transform the normal fram object space to world space                // v.normal是模型空间下的，需要把法线转换到世界空间中。                // 需要使用原变换矩阵的逆转置矩阵来变换法线就可以得到正确的世界空间结果                // 模型空间到世界空间的变换矩阵的逆矩阵 = _WorldToObject                // 调换mul函数中的位置得到和转置矩阵相同的乘法                o.worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));                // Transform the vertex from object space to world space                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;                return o;            }            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {                // Get ambient term                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;                fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);                fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);                // Compute diffuse term                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));                // Get the reflect direction in world space                fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir, worldNormal));                // Get the view direction in world space                fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);                // Get the half direction in world space                fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);                // Compute specular term                fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);                return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);            }            ENDCG        }    }    FallBack "Specular"}

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