unity中光照模型和光照计算

光源类型

方向光：Directional

点光源：Point

聚光灯：Spot

光照模型

每一种类型的光源都可能同时会有以下光照模型：

- Diffuse：漫反射

- Specular：镜面反射

光照衰减

方向光：没有衰减

点光源

距离衰减：光源有光照范围[near,far]，在near距离内的光照系数为1，在far距离外的光照系数为0，在该两者之间的顶点会随距离进行衰减，光照强度与距离的平方成反比。Unity中的计算方式为：DisAtten = 1/(1 +atten*atten * dis * dis)，其中atten是衰减系数，dis是到光源的距离

聚光灯

距离衰减：与点光源一样

聚光衰减：除了距离衰减，聚光灯还有圆锥内的衰减。聚光灯的光照区域是个圆锥体，该圆锥体有外锥角A和內锥角B，在內锥角内的顶点无聚光衰减，在外锥角外的点无光照效果，光照系数。在内外锥角之间的顶点会进行衰减。假设顶点与光照方向的夹角为C。则其聚光衰减系数为：Spot = (cos(C/2) - cos(A/2)) / (cos(B/2) - cos(A/2))

最终的衰减系数为：FinalAtten = DisAtten * SpotAtten。

光照计算

最终光照结果是所有光照成分的总和 = 环境光 + 自发光+ sum(漫反射)+sum(镜面反射)。

环境光：AmbitentColor * AmbientMaterial * AmbientIntensity

自发光：EmissionColor * EmissionIntensity

漫反射：LightColor * DiffuseMaterial * DiffuseIntensity * dot(N,L) 。N是法线方向，L是指向光源的方向向量。以下方式计算法线N和L的点积（即夹角余弦）

镜面反射：LightColor * SpecularMaterial * SpecularIntensity * pow(dot(R,V),shininess)，其中R是反射光的方向，V是顶点到眼睛的方向。

强度intensity默认都是1。SpecularMaterial默认都是1。

计算函数

@ lightPostion：平行光(-direction,0)    点光源和聚光灯(position,1)
@ lightColor：灯光颜色
@ eyePos：顶点在相机空间的坐标
@ eyeyNormal：顶点在相机空间的法线
@ viewDir：顶点到相机的方向
@ diffuseMaterial：漫反射材质系数
@ specularMaterial：镜面反射材质系数，unity中不设置，默认为1
@ shininess：镜面反射高亮度，[0,1]
@ atten：反射增强系数
@ specColor：镜面反射结果
@ return：漫反射结果
half computeLighting(float4 lightPostion,half3 lightColor,
float3 eyePos,half3 eyeNormal,half3 viewDir,
half3 diffuseMaterial,half3 specularMaterial,half shininess,
half atten,inout half3 specColor)
{

float3 dirToLight = lightPostion //光照方向的反向
if(lightPostion.w == 1)
{
dirToLight -= eyePos
dirToLight = normalize(dirToLight)
}
half NdotL = max(dot(eyeNormal,dirToLight),0)
half3 diffse = lightColor * diffuseMaterial * atten
if(NdotL > 0)
{
half3 h = normalize(dirToLight + viewDir)
half HdotN = max(dot(eyeNormal,h),0)
half sp = saturate(pow(HdotN,shininess * 128))
half3 specular = atten * lightColor * specularMaterial * sp
specColor += specular
}

return diffse
}