Unity Shader 逐顶点/像素漫反射光照

漫反射光照符合兰伯特定律 : 反射光线的强度 与 表面法线 和 光源方向 之间的夹角的余弦值成正比 .

逐顶点光照的计算量往往要小于逐像素光照 .

逐顶点光照依赖于线性插值来得到像素光照 , 当光照模型中有非线性的计算的时候 , 逐顶点光照就会出问题 , 例如计算高光反射 .

逐顶点光照会在渲染图元内部对顶点进行插值 , 渲染图元内部的颜色总是暗于顶点处的最高颜色 , 在某些情况下会产生明显的棱角现象 .

Shader "Custom/DiffuseVertexLevel" {

    Properties {
        _Diffuse("Diffuse", Color) = (1, 1, 1, 1)
    }

    SubShader {
        Pass {
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }  //设置正确的LightMode标签才能得到光照信息

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

            fixed4 _Diffuse;

            struct a2v {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION;
                fixed3 color : COLOR;
            };

            // 逐顶点的漫反射光照
            v2f vert(a2v v) {
                v2f o;
                o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz; //得到环境光
                fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject));  //得到世界空间的法线 下面dot需要在同一空间下才有意义
                fixed3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);      //_WorldSpaceLightPos0得到光源方向
                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLight));   //saturate控制值在0-1， dot向量点积|a|*|b|cos
                o.color = ambient + diffuse; // 环境光 + 漫射光
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f f) : SV_Target {
                return fixed4(f.color, 1.0);
            }

            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

　　逐像素光照可以得到更加平滑的光照效果 , 但是有一个问题存在 : 当光照无法到达的区域 , 模型的外观通常是全黑的 , 没有任何的额明暗变化 , 失去了模型细节表现 , 因此有一种改善技术提出 , 即 , 半兰布特光照模型(没有任何物理依据 , 只是一个视觉加强技术) .

Shader "Custom/DiffusePixelLevel" {

    Properties {
        _Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)
    }

    SubShader {
        Pass {

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

            fixed4 _Diffuse;

            struct a2v {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 worldNormal : TEXCOORD0;
            };

            v2f vert(a2v v) {
                v2f o;
                o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)_World2Object);
                return o;
            }

            // 逐像素漫反射光照
            fixed4 frag(v2f f) : SV_Target {
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                fixed3 worldNormal = normalize(f.worldNormal);
                fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                fixed3 diffuse = _LightColor0 * _Diffuse.rgb * (dot(worldNormal, worldLightDir) * 0.5 + 0.5); // 半兰伯特光照模型
                fixed3 color = ambient + diffuse;
                return fixed4(color, 1.0);
            }

            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}