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）

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:



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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