UnityShader快速上手指南(四)

简介

由于其他项目中断了几天更新,继续~~
这一篇主要是讲光照的(包含漫反射和高光以及多光源的处理)
还是先来看看具体效果(多光源后面单独展示)

这里写图片描述

有了基本的光照处理之后越来越有立体感了有不有 ╮(╯▽╰)╭

最基本的漫反射

原理

恩~~
这次我们先来解释下原理比较好
比较复杂的原理大家就自行百度吧,我这里来简单的解释一下
光照在物体上面,然后将物体表面的颜色一起反射到摄像机中
也就是光-->物体(颜色)-->摄像机
反射出来的亮度则是由物体表面和光线的夹角确定的(其实是物体表面的法线和光线的夹角)
好了基本概念就降到这里,所以我们需要:

光(方向和强度),物体的颜色,物体表面的法向量

下面开始看代码

代码

Shader "LT/Lesson4_Lighting"
{
	Properties
	{
		 _Color ("Diffuse Color", Color) = (1, 1, 1, 1) 
	}
	SubShader
	{
		Pass {
			Tags { "LightMode" = "ForwardBase" } 
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"

			uniform float4 _LightColor0; 
			uniform float4 _Color;

			appdata_base vert ( appdata_base input)
			{
				float3 normalDirection = normalize( mul(float4(input.normal, 0.0), _World2Object).xyz );
				float3 lightDirection;
				float attenuation;

				if (0.0 == _WorldSpaceLightPos0.w) {
					attenuation = 1.0; 
					lightDirection = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); 
				} else {
					float3 vertexToLightSource = (_WorldSpaceLightPos0 - mul( _Object2World , input.vertex)).xyz; 
					float distance = length(vertexToLightSource);
					attenuation = 1.0 / distance; 
					lightDirection = normalize(vertexToLightSource); 
				}
				
  				float3 diffuseReflection = float3(_LightColor0.xyz ) * _Color.xyz * max(0.0, dot(normalDirection, lightDirection)); 

				input.texcoord = float4(diffuseReflection, 1.0);
				input.vertex  = mul(UNITY_MATRIX_MVP, input.vertex );
				return input;
			}

			fixed4 frag (appdata_base input) : COLOR
			{
				return input.texcoord;
			}
			ENDCG
		}
	}
}

代码一共就50行,而且很多都是熟悉的,比如用appdata_base 中的不用字段来储存颜色呀,外接漫反射要用的颜色属性啥的就不多做赘述了
然后这个光照颜色其实是在lighting.cginc中 ,但是我们要是用的话,还是要再次声明一下,其实是unity内置的一个外接参数(想想也知道辣,光照的属性肯定是从unity传进来的,shader自己肯定不知道灯光的信息啊)

uniform float4 _LightColor0; 

直击核心代码

				float3 normalDirection = normalize( mul(float4(input.normal, 0.0), _World2Object).xyz );
				// 单位化(有些地方也翻译成归一化)物体的法向量

				float3 lightDirection;
				// 光照方向
				float attenuation;
				// 光线衰减量

				if (0.0 == _WorldSpaceLightPos0.w) {
					// _WorldSpaceLightPos0.w = 0 表示这个光是平行光,
					// 不是平行光的话这个值为1,(比如点光源啥的)
					attenuation = 1; 
					// 设置衰减为1(类似于给个默认值)
					lightDirection = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); 
					// 设置光照方向
				} else {
					float3 vertexToLightSource = (_WorldSpaceLightPos0 - mul( _Object2World , input.vertex)).xyz; 
					float distance = length(vertexToLightSource);
					// 计算光源和顶点之间的距离

					attenuation = 1.0 / distance; 
					// 通过距离计算衰减(距离越大,衰减越大)
					lightDirection = normalize(vertexToLightSource); 
					// 设置光照方向
				}
 
  				float3 diffuseReflection = float3(_LightColor0.xyz ) * _Color.xyz * max(0.0, dot(normalDirection, lightDirection)); 
  				// 计算漫反射颜色和亮度(就是前面说的,
  				// 用物体的颜色和光的颜色混合作为漫反射的颜色,
  				// 然后法向量和光照的夹角算出光的强度)

恩,然后Pass后面还跟了个Tags { "LightMode" = "ForwardBase" },放到后面一起解释

下面来讲高光

来一点点高光

原理

还是先来原理,跟前面一样,漫反射是360无死角的反射,其实不管摄像机在哪(因为漫反射是360度的嘛,不管摄像机在哪都能反射进去),高光呢就可以理解成针对摄像机的位置,再反射一次光线(加强一次颜色,可以自己设定,一般来说是白色,RBG各种颜色混在一起就是白色了撒,当然也可以使用灯光颜色让他自己去混合)
以上是为了图方便乱吹的啊,具体复杂的原理还是自行百度去吧
下面开始看代码

代码

Shader "LT/Lesson4_Lighting"
{
	Properties
	{
		 _Color ("Diffuse Color", Color) = (1, 1, 1, 1) 
		 _SpecColor ("Specular Color", Color) = (1, 1, 1, 1) 
		 _Shininess ("Shininess", Float) = 10 
	}
	SubShader
	{
		Pass {
			Tags { "LightMode" = "ForwardBase" } 
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"

			uniform float4 _LightColor0; 
			uniform float4 _Color;
			uniform float4 _SpecColor;
			uniform float _Shininess;

			appdata_base vert ( appdata_base input)
			{
				float3 normalDirection = normalize( mul(float4(input.normal, 0.0), _World2Object).xyz );
				float3 viewDirection = normalize( (float4(_WorldSpaceCameraPos, 1.0) - mul( _Object2World, input.vertex)).xyz ); 
				float3 lightDirection = normalize( _WorldSpaceLightPos0.xyz );
				float attenuation;

				if (0.0 == _WorldSpaceLightPos0.w) {
					attenuation = 1.0; 
					lightDirection = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); 
				} else {
					float3 vertexToLightSource = (_WorldSpaceLightPos0 - mul( _Object2World , input.vertex)).xyz; 
					float distance = length(vertexToLightSource);
					attenuation = 1.0 / distance; 
					lightDirection = normalize(vertexToLightSource); 
				}
 				float3 ambientLighting = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * _Color.xyz;
 
  				float3 diffuseReflection = float3(_LightColor0.xyz ) * _Color.xyz * max(0.0, dot(normalDirection, lightDirection)); 

  				float3 specularReflection; 
  				if (dot(normalDirection, lightDirection) < 0.0) {
  					specularReflection = float3(0.0, 0.0, 0.0); 
  				} else {
  					specularReflection = attenuation * _LightColor0.xyz * _SpecColor.xyz * 
  					pow(max(0.0, dot(reflect(-lightDirection, normalDirection),viewDirection)),
  					 _Shininess); 
  				}

				input.texcoord = float4(ambientLighting  + diffuseReflection + specularReflection, _Color.w);
				input.vertex  = mul(UNITY_MATRIX_MVP, input.vertex );
				return input;
			}

			fixed4 frag (appdata_base input) : COLOR
			{
				return input.texcoord;
			}
			ENDCG
		}
	}
}

这次代码多了10行左右,大部分代码前面都讲了,我们来直击没讲过的核心代码吧~~

				float3 normalDirection = normalize( mul(float4(input.normal, 0.0), _World2Object).xyz );
				float3 viewDirection = normalize( (float4(_WorldSpaceCameraPos, 1.0) - mul( _Object2World, input.vertex)).xyz ); 
				// 单位化摄像机的方向
				float3 lightDirection = normalize( _WorldSpaceLightPos0.xyz );
				float attenuation;

				if (0.0 == _WorldSpaceLightPos0.w) {
					attenuation = 1.0; 
					lightDirection = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); 
				} else {
					float3 vertexToLightSource = (_WorldSpaceLightPos0 - mul( _Object2World , input.vertex)).xyz; 
					float distance = length(vertexToLightSource);
					attenuation = 1.0 / distance; 
					lightDirection = normalize(vertexToLightSource); 
				}
 				float3 ambientLighting = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * _Color.xyz;
 				// 计算环境光(其实可以不要,但是高光都有了,没环境光太寒蝉了,可以自行去掉..)
 
  				float3 diffuseReflection = float3(_LightColor0.xyz ) * _Color.xyz * max(0.0, dot(normalDirection, lightDirection)); 

  				float3 specularReflection; 
  				// 定义高光!
  				if (dot(normalDirection, lightDirection) < 0.0) {
  					specularReflection = float3(0.0, 0.0, 0.0); 
  					// 如果光源夹角<0了,说明看不高光了,全0
  				} else {
  					specularReflection = attenuation * _LightColor0.xyz * _SpecColor.xyz * 
  					pow(max(0.0, dot(reflect(-lightDirection, normalDirection),viewDirection)),
  					 _Shininess); 
  					// 根据光线颜色,高光颜色,距离衰减,光照角度,法线方向等信息计算高光区域,
  					// 这些其实都是公式,需要去看看资料吧
  				}

				input.texcoord = float4(ambientLighting  + diffuseReflection + specularReflection, _Color.w);
				// 将各种颜色加起来赋值给颜色

恩,没什么需要过多解释的了吧,代码里面都注释了
然后下面进入多光源

多光源的简单处理

试过上面的代码的童鞋可以尝试下,再在场景中增加一个灯光(如果加的是点光源,注意点光源的参数范围是否可以照到物体),然后会发现后面增加的光源没有任何效果,这是为神马捏
这里就要引入我们前面跳过的一个概念了

		Tags { "LightMode" = "ForwardBase" } 

这里的LightMode是与渲染路径配合使用的
我们先来科普下unity支持的各种渲染路径:
这里写图片描述
看着有四种,其实就三个(好吧,其实是我只在官方文档里面看到三个)
Deferred(延迟渲染,最好的效果),Forward(正向渲染),Vertex(顶点光照,效果最差,默认只有一个光照),还有就是,shader没有写专门支持Deferred的就会自动寻找Forward,没有Forward就寻找Vertex(Vertex是最基本的,如果还没有,就不显示了,一般是不会发生的,因为你不声明LightMode模式默认都是支持Vertex的)
所以对应下来有:

Always: Always rendered; no lighting is applied.
ForwardBase: Used in Forward rendering, ambient, main directional light, vertex/SH lights and lightmaps are applied.
ForwardAdd: Used in Forward rendering; additive per-pixel lights are applied, one pass per light.
Deferred: Used in Deferred Shading; renders g-buffer.
ShadowCaster: Renders object depth into the shadowmap or a depth texture.
PrepassBase: Used in legacy Deferred Lighting, renders normals and specular exponent.
PrepassFinal: Used in legacy Deferred Lighting, renders final color by combining textures, lighting and emission.
Vertex: Used in legacy Vertex Lit rendering when object is not lightmapped; all vertex lights are applied.
VertexLMRGBM: Used in legacy Vertex Lit rendering when object is lightmapped; on platforms where lightmap is RGBM encoded (PC & console).
VertexLM: Used in legacy Vertex Lit rendering when object is lightmapped; on platforms where lightmap is double-LDR encoded (mobile platforms).

英文就不翻译了,还有10分钟要去吃饭了~~看名字大概就看的出来了
这里Always(一直渲染),ShadowCaster(产生阴影),ShadowCollector(接受阴影)是独立于渲染路径存在的(Unity里面设置的)
讲的有点拼远了,这里我们的ForwardBase只会包含一个光源信息(最重要的的光源),然后在ForwardAdd中再将其他光源(不那么重要的光源)渲染出来
所以我们这里需要添加一个Pass,像这样(看后面,多了一个Pass)

Shader "LT/Lesson4_Lighting"
{
	Properties
	{
		 _Color ("Diffuse Color", Color) = (1, 1, 1, 1) 
		 _SpecColor ("Specular Color", Color) = (1, 1, 1, 1) 
		 _Shininess ("Shininess", Float) = 10 
	}
	SubShader
	{
		Pass {
			Tags { "LightMode" = "ForwardBase" } 
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"

			uniform float4 _LightColor0; 
			uniform float4 _Color;
			uniform float4 _SpecColor;
			uniform float _Shininess;

			appdata_base vert ( appdata_base input)
			{
				float3 normalDirection = normalize( mul(float4(input.normal, 0.0), _World2Object).xyz );
				float3 viewDirection = normalize( (float4(_WorldSpaceCameraPos, 1.0) - mul( _Object2World, input.vertex)).xyz ); 
				// 单位化摄像机的方向
				float3 lightDirection = normalize( _WorldSpaceLightPos0.xyz );
				float attenuation;

				if (0.0 == _WorldSpaceLightPos0.w) {
					attenuation = 1.0; 
					lightDirection = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); 
				} else {
					float3 vertexToLightSource = (_WorldSpaceLightPos0 - mul( _Object2World , input.vertex)).xyz; 
					float distance = length(vertexToLightSource);
					attenuation = 1.0 / distance; 
					lightDirection = normalize(vertexToLightSource); 
				}
 				float3 ambientLighting = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * _Color.xyz;
 				// 计算环境光(其实可以不要,但是高光都有了,没环境光太寒蝉了,可以自行去掉..)
 
  				float3 diffuseReflection = float3(_LightColor0.xyz ) * _Color.xyz * max(0.0, dot(normalDirection, lightDirection)); 

  				float3 specularReflection; 
  				// 定义高光!
  				if (dot(normalDirection, lightDirection) < 0.0) {
  					specularReflection = float3(0.0, 0.0, 0.0); 
  					// 如果光源夹角<0了,说明看不高光了,全0
  				} else {
  					specularReflection = attenuation * _LightColor0.xyz * _SpecColor.xyz * 
  					pow(max(0.0, dot(reflect(-lightDirection, normalDirection),viewDirection)),
  					 _Shininess); 
  					// 根据光线颜色,高光颜色,距离衰减,光照角度,法线方向等信息计算高光区域,
  					// 这些其实都是公式,需要去看看资料吧
  				}

				input.texcoord = float4(ambientLighting  + diffuseReflection + specularReflection, _Color.w);
				// 将各种颜色加起来赋值给颜色
				input.vertex  = mul(UNITY_MATRIX_MVP, input.vertex );
				return input;
			}

			fixed4 frag (appdata_base input) : COLOR
			{
				return input.texcoord;
			}
			ENDCG
		}

		Pass {
			Tags { "LightMode" = "ForwardAdd" } 
			Blend One One

			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"

			uniform float4 _LightColor0; 
			uniform float4 _Color;
			uniform float4 _SpecColor;
			uniform float _Shininess;

			appdata_base vert ( appdata_base input)
			{
				float3 normalDirection = normalize( mul(float4(input.normal, 0.0), _World2Object).xyz );
				float3 viewDirection = normalize( (float4(_WorldSpaceCameraPos, 1.0) - mul( _Object2World, input.vertex)).xyz ); 
				float3 lightDirection = normalize( _WorldSpaceLightPos0.xyz );
				float attenuation;

				if (0.0 == _WorldSpaceLightPos0.w) {
					attenuation = 1.0; 
					lightDirection = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); 
				} else {
					float3 vertexToLightSource = (_WorldSpaceLightPos0 - mul( _Object2World , input.vertex)).xyz; 
					float distance = length(vertexToLightSource);
					attenuation = 1.0 / distance; 
					lightDirection = normalize(vertexToLightSource); 
				}
 				float3 ambientLighting = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * _Color.xyz;
 
  				float3 diffuseReflection = float3(_LightColor0.xyz ) * _Color.xyz * max(0.0, dot(normalDirection, lightDirection)); 

  				float3 specularReflection; 
  				if (dot(normalDirection, lightDirection) < 0.0) {
  					specularReflection = float3(0.0, 0.0, 0.0); 
  				} else {
  					specularReflection = attenuation * _LightColor0.xyz * _SpecColor.xyz * 
  					pow(max(0.0, dot(reflect(-lightDirection, normalDirection),viewDirection)),
  					 _Shininess); 
  				}

				input.texcoord = float4(ambientLighting  + diffuseReflection + specularReflection, _Color.w);
				input.vertex  = mul(UNITY_MATRIX_MVP, input.vertex );
				return input;
			}

			fixed4 frag (appdata_base input) : COLOR
			{
				return input.texcoord;
			}
			ENDCG
		}
	}
}

这里我们还启用了Blend One One
因为其他光源反射的颜色需要完全与原来的光照信息混合,所以用1:1混合
来看看效果:
这里写图片描述
这里高光的效果很明显,可以看到两个高光点( 视图中也可以看到有两个光源)
然后使用Tags { "LightMode" = "ForwardAdd" }的好处还可以适应质量调节(比如Android打包的时候选成Vertex,高于Vertex的Pass就不会执行啥的)

总结

还有两分钟吃饭
光照啥的代码其实很简单,最主要是理清楚顺序,比如先渲染啥后渲染啥,也就是Pass的顺序,不光是光照,后续很多效果都需要多个Pass进行叠加啥的
不懂得,欢迎联系QQ:821580467
吃饭去咯~~~~

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posted @ 2016-06-06 17:57  玄雨  阅读(2842)  评论(0编辑  收藏