shader 光照模型，半角向量

来源：互联网发布：清华大学软件学院校友编辑：程序博客网时间：2024/05/18 19:36

unity3d内置shader【Specular】中还有一种光照模型比较常见，那就是BlinnPhong镜面高光，这种shader会让物体受到光照时有更加真实的效果，并且光照效果还随观察着角度不同而变化。

我们也不知道BlinnPhong是什么，是如何运用的，其实是Unity将它封装了，源码在Unity的安装目录Editor/Data/CGincludes/Lighting.cginc中，对应的方法名为LightingBlinnPhong。

下面试着尝试重写BlinnPhong来加深对BlinnPhong的印象。

先来看看它的原理如图：

shader实例（七）光照模型(半角向量和BlinnPhong)

半角高光角度：使用入射光线【LightDir】和视线[ViewDir]的中间平均值，即半角向量，

然后使用该半角和法线计算出一个和视角相关的高光。

【注：木学过图形学基础，所以这里起名只是按照自己的理解，希望专业人士看到能指正，感激。。。】

详细原理在源码中：

// 由Specular改写，除了蓝色部分，其他和Specular一样。
Shader "Custom/e_BinnPhong" {
Properties {
_Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
_SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)// 高光颜色
_Shininess ("Shininess", Range (0.01, 1)) = 0.078125// 高光指数【光泽度】
_MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}
}

SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 300

CGPROGRAM
#pragma surface surf BlinnPhongTest

// 半角向量和BilnnPhong:使用入射光线和视线的中间平均值，即半角向量，然后使用该半角和法线计算出一个和视角相关的高光。
// 相关参数：【lightDir点到光源单位向量】【viewDir点到摄像机单位向量】【atten衰减系数】【_LightColor0场景中平行光的颜色】
float4 LightingBlinnPhongTest(SurfaceOutput s, float3 lightDir, float3 viewDir, float atten)
{

// 1.半角向量：求（点到光源+点到摄像机）的单位向量，他们的中间平均值

float3 h = normalize(lightDir + viewDir);

// 2.漫反射系数【点到光源单位向量与法线向量的余弦值】

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

// 3.高光底数【半角向量与法线向量的余弦值】

float nh = max(0, dot(s.Normal, h));

// 4.高光系数：根据高光低数和高光指数求得

float spec = pow(nh, s.Specular * 128.0) * s.Gloss;

  float4 c;
  // 5.最终光照rgb = 漫反射+半角高光
  c.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * diff + _LightColor0.rgb * _SpecColor.rgb * spec) * (atten * 2);
  c.a = s.Alpha + _LightColor0.a * _SpecColor.a * spec * atten;
  return c;
}

sampler2D _MainTex; // 主材质
fixed4 _Color; // 主材质颜色
half _Shininess; // 高光指数

struct Input {
float2 uv_MainTex; // 主材质的UV信息
};

void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
  // 取主纹理的对应当前像素点的值
  fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);

  // Albedo反照率，即物体反射光的数量与外来光数量的比值。
  // Albedo = 主纹理 x 主色调，反映了物体的基色，与任何光相关的信息（比如diffuse, shiness等）无关
  o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;    // 颜色纹理=主纹理*主材质颜色

  // Gloss光滑度[0, 1]，用于控制反射的模糊程度，值越大，高光反射越清晰，反之则越模糊，0将无高光效果。
  // 光滑度的“滑”是面的概念，代表物体整体的光滑程度
  // 比如说，同样一块金属，在它生锈的过程中，其反射就会慢慢变弱，可以通过Gloss值控制
  // 实际上它是针对高光计算结果的附加系数
  o.Gloss = tex.a;
  o.Alpha = tex.a * _Color.a;      // 透明度
  // Shininess光泽度[0, 1]，又叫高光指数或镜面反射指数，注意，它在SurfaceOutput结构中的命名（Specular）很容易让人误解为它是高光强度，其实不然，它是高光指数
   // 光泽度的“泽”是点的概念，代表物体某个高光点的光泽程度
  o.Specular = _Shininess; // 越小光泽度越高，0为全白
  //o.Emission = tex.rgb;
}
ENDCG
}

Fallback "VertexLit"
}

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