今天就跟大家聊聊有关Unity基于ShaderLab实现光照系统的代码怎么写，可能很多人都不太了解，为了让大家更加了解，小编给大家总结了以下内容，希望大家根据这篇文章可以有所收获。
分顶点着色器和片元着色器，对应渲染管线的顶点变换和片元着色阶段；
最简单的顶点片元着色器：
Shader "MyShader/VertexFragmentShader"
{
Properties{
_MainColor("MainColor",Color) = (1,1,1,1)
}
SubShader
{
Tags { "RenderType" = "Opaque" }
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
float4 _MainColor;
float4 vert(float4 v:POSITION) :SV_POSITION
{
return UnityObjectToClipPos(v);
}
fixed4 frag () : SV_Target
{
return _MainColor;
}
ENDCG
}
}
}将顶点和片元着色器再进行一层封装；
通过表面函数控制反射率，光滑度，透明度等；
通过光照函数选择要使用的光照模型；
表面着色器提供了便利，但是也降低了自由度；
表面着色器能实现的，顶点片元着色器都可以实现，但顶点片元着色器的可操作性更高，性能也更好；
简单的表面着色器：
Shader "MyShader/SurfaceShader"
{
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
CGPROGRAM
//表面着色器,使用Lambert光照
#pragma surface surf Lambert
struct Input {
float4 color :COLOR;
};
void surf(Input IN,inout SurfaceOutput o) {
o.Albedo = 1;
}
ENDCG
}
Fallback "Diffuse"
}已基本弃用不分析了；
在顶点着色器计算光照；顶点数目比片元少，计算量也少，通过线性插值得到每个像素的光照；
所以非线性光照计算时会出错——高光（后面会写）；
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
//顶点变换到裁剪空间
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//环境光
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
//世界空间下法线
fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal,unity_WorldToObject));
//世界空间下光照方向
fixed3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
//点成光照和法线得出漫反射方向，satruate取区间0-1;
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLight));
//环境光+漫反射
o.color = ambient + diffuse;
return o;
}在片元着色器计算光照；根据每个片元的法线计算光照；效果好计算量大，也叫phong插值；
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
//顶点变换到裁剪空间
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//传递世界坐标法线到片元着色器
o.worldNormal = mul(v.normal,unity_WorldToObject);
return o;
}
fixed4 frag(v2f v) :SV_Target{
//环境光
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
//归一化世界法线
fixed3 worldNormal = normalize(v.worldNormal);
//归一化世界空间下光照方向
fixed3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
//求漫反射
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLight));
//相加环境光和漫反射
fixed3 color = ambient + diffuse;
return fixed4(color,1.0);
}
这也是Lambert光照模型的算法；
v社做半条命使用一个标准，计算漫反射时候结果+0,5；这样对暗部有很大的优化；
//HalfLambertParma fixed halfLambert = dot(worldNormal, worldLight) * 0.5 + 0.5; //使用halfLambert计算漫反射 fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * halfLambert;
上面说的逐顶点计算光照对非线性光照会有错误；
高光由反射导致，和观察方向、光线方向有关；具体关系参考图形学基础；
在顶点着色器函数中添加：
//根据法线和光线方向用reflect方法计算反射方向 fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLight, worldNormal)); //计算观察方向，摄像机位置-顶点位置（要求同在世界坐标系下） fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz); //Phong光照模型中高光计算公式，_Specular颜色，_Gloss粗糙度，_LightColor0系统参数光照颜色 fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir, viewDir)), _Gloss); o.color = ambient + diffuse + specular;
将逐顶点高光代码发放在片元着色器中执行；
上面逐顶点和逐像素高光都是使用Phong光照模型；
求高光的时候使用reflect函数计算反射向量，计算比较大；
Bline-Phong使用（光线方向+观察方向）来替代反射向量；
//世界光线方向和观察方向中间方向; fixed3 halfDir = normalize(worldLight + viewDir); //使用halfDir来计算高光 fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss); fixed3 color = ambient + diffuse + specular;
使用纹理取样替代纯色，在片元着色器中对纹理贴图取样，修改像素颜色；
_MainTexture_ST 控制贴图的缩放和偏移（Scale,Translate）;
v2f vert(a2v v){
//uv传递给片元着色器,可以使用宏命令TRANSFORM_TEX
o.uv = v.texcoord.xy * _MainTexture_ST.xy + _MainTexture_ST.zw;
//o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_Maintexture);
}
fixed4 farg(v2f v) :SV_Target{
//纹理取样,表面颜色-纹素
fixed3 albedo = tex2D(_MainTexture, v.uv).rgb * _Color.rgb;
//环境光*表面颜色
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz *albedo;
fixed halfLambert = dot(worldNormal, worldLight) * 0.5 + 0.5;
//漫反射*表面颜色
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo.rgb * halfLambert;
}法线计算两种方式：
将光线和观察向量变换到切线空间计算；
将切线空间下法线变换到世界空间计算；
切线空间计算由于矩阵变换在顶点着色器，计算少效率高；
由于认知，或者有其他需求我们也会在世界空间计算法线；
- 法线纹理切线空间计算
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv.xy = v.texcoord.xy * _MainTexture_ST.xy + _MainTexture_ST.zw;
//o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_Maintexture);
o.uv.zw = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_BumpMap);
//宏定义,求世界空间——切线空间变换矩阵rotation
TANGENT_SPACE_ROTATION;
o.lightDir = mul(rotation,ObjSpaceLightDir(v.vertex)).xyz;
o.viewDir = mul(rotation,ObjSpaceViewDir(v.vertex)).xyz;
return o;
}
fixed4 frag(v2f v) :SV_Target{
//切线空间-光线方向
fixed3 tangentLightDir = normalize(v.lightDir);
//切线空间-观察方向
fixed3 tangentViewDir = normalize(v.viewDir);
//法线贴图格式为NormalMap,使用UnpackNormal解压,取样得到切线空间下法线
fixed3 tangentNormal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap,v.uv.zw));
//法线缩放
tangentNormal.xy *= _BumpScale;
//法线贴图压缩方法,z值可以计算得出,勾股定理,以下是简化后公式
tangentNormal.z = sqrt(1.0-saturate(dot(tangentNormal.xy,tangentNormal.xy)));
...//漫反射高光计算都使用tangentNormal
}- 法线纹理世界空间计算
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//减少寄存器使用,xy记录主纹理uv,zw记录法线uv
o.uv.xy = v.texcoord.xy * _MainTexture_ST.xy + _MainTexture_ST.zw;
o.uv.zw = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_BumpMap);
//求世界空间下法线、切线、副切线
float3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
fixed3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
fixed3 worldTangent = UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz);
fixed3 worldBinnormal = cross(worldNormal,worldTangent)*v.tangent.w;
//法线、切线、副切线构成切线空间变换矩阵,w值trick利用存储世界坐标系顶点坐标
o.Ttow0 = float4(worldTangent.x,worldBinnormal.x,worldNormal.x,worldPos.x);
o.Ttow1 = float4(worldTangent.y,worldBinnormal.y,worldNormal.y,worldPos.y);
o.Ttow2 = float4(worldTangent.z,worldBinnormal.z,worldNormal.z,worldPos.z);
return o;
}
fixed4 frag(v2f v) :SV_Target{
...
//法线贴图格式为NormalMap,使用UnpackNormal解压,取样得到切线空间法线
fixed3 tangentNormal = UnpackNormal( tex2D(_BumpMap,v.uv.zw));
//法线缩放
tangentNormal.xy *= _BumpScale;
//法线贴图压缩方法,z值可以计算得出,勾股定理,以下是简化后公式
tangentNormal.z = sqrt(1.0-saturate(dot(tangentNormal.xy,tangentNormal.xy)));
//矩阵变换求出世界空间法线
tangentNormal = normalize(half3(dot(v.Ttow0.xyz,tangentNormal),dot(v.Ttow1.xyz,tangentNormal),dot(v.Ttow2.xyz,tangentNormal)));
...//漫反射高光计算都使用tangentNormal
}
以上漫反射颜色都是光线颜色，或者光线颜色混合表面纹素颜色；
有时候漫反射的颜色要根据反射角大小有不同的变化，比如卡通渲染；
这就需要使用渐变纹理RampTexture；
//顶点着色器转化RampTex的uv
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{
fixed halfLambert = 0.5 * dot(worldNormal,worldLightDir)+0.5;
//根据halfLambert反射方向取样RampTex纹素
fixed3 diffuseColor = tex2D(_RampTex, fixed2(halfLambert, halfLambert)).rgb*_Color.rgb;
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * diffuseColor;
}三种不同的Ramp纹理：
有些部位高光效果太强，人为的希望有些部位暗一些等，可以用到遮罩纹理Mask；
片元着色器中添加：
//反射方向 fixed3 halfDir = normalize(tangentLightDir + tangentViewDir); //uv取样高光遮罩纹理*高光范围 fixed3 specularMask = tex2D(_SpecularMask,i.uv).r *_SpecularScale; //高光结果混合遮罩纹理 fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0,dot(tangentNormal,halfDir)),_Gloss) * specularMask;
效果对比：
AlphaTest只决定画不画，不做颜色混合，给定一个阈值_Cutoff，透明度小于这个值都不画；
透明测试需要关闭背面裁剪，以及加上透明测试三套件；
Tags { "Queue"="AlphaTest" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"}
//渲染队列,忽略投影器,渲染类型
Tags { "Queue"="AlphaTest" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"}
//关闭裁剪
Cull Off
Pass{
...
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{
...
//alpha值小于_Cutoff的都不画
clip(texColor.a - _Cutoff);
...
}
...
}修改Culloff值大小的效果：
AlphaBlend透明混合要关闭深度写入，否则会被剔除；
同时要选择混合模式，多种混合模式有点像ps里的透明图层叠加；
//三套件
Tags { "Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"}
Pass{
//关闭深度吸入,打开深度测试,选择颜色混合模式
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
ZWrite Off
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
...
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{
...
//返回着色是,加上透明度
return fixed4(ambient +diffuse,texColor.a*_AlphaScale);
}
}
模型复杂的时候会有自己遮挡自己的问题；用双Pass解决，第一个pass提前做好深度写入且只做深度入；
Pass{
ZWrite On
ColorMask 0 //RGBA任意|,选择需要写入的通道,只做深度缓冲,0不输出颜色
}
同一个透明物体，我需要需要从正面看到透明物体的背面；
使用两个Pass；一个Cull Front，一个Cull Back；
背面和正面分开画，先画背面，用正面和背面混合；
Unity光源分为垂直光，点光源，锥形射光灯，面光源和探照灯都是烘焙后生效的不讨论；
Unity中普通Forwad前向渲染，没多一个灯光要加一个Pass单独处理；
Deffer延迟渲染，多个灯光也指渲染一次，有个G-Buffer存储了图像，在G-Buffer上处理光照；
点光源，锥形射光灯——光线方向由光源到顶点的方向；光线的衰减值也不同；
Unity系统提供的点光源和锥形射光灯的光线衰减纹理图，减少了计算；
Tags{"LightMode" = "ForwardAdd"}
#pragma multi_compile_fwdadd
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc"
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
//deal with different light,get worldLightDir;
#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
fixed atten = 1.0;
#else
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPos.xyz);
//Get light attenuation
#if defined (POINT)
float3 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, float4(i.worldPos, 1)).xyz;
fixed atten = tex2D(_LightTexture0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
#elif defined (SPOT)
float4 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, float4(i.worldPos, 1));
fixed atten = (lightCoord.z > 0) * tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w * tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
#else
fixed atten = 1.0;
#endif
#endif
...
return fixed4((diffuse+specular)*atten,1.0);
}
Untiy中MeshRender组件上有两个选项：
CastShadows——是否投射阴影，以及双面投射；
Receive Shadows——接受其他物体投射的阴影；
要求v2f中顶点坐标变量名必须是pos；
带阴影的shader必须FallBack一个带LightMode被设置为ShadowCaster的pass；
当然也可以自己实现这个Pass；
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
CGPROGRAM
#pragma multi_compile_fwdbase
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc"
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
SHADOW_COORDS(2)
};
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
TRANSFER_SHADOW(o);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed atten = 1.0;
fixed shadow = SHADOW_ATTENUATION(i);
return fixed4((ambient+ diffuse + specular)*atten*shadow,1.0);
}
CastShadows——改成Two Sides即可；
Life is too short for so much sorrow.
看完上述内容，你们对Unity基于ShaderLab实现光照系统的代码怎么写有进一步的了解吗？如果还想了解更多知识或者相关内容，请关注亿速云行业资讯频道，感谢大家的支持。
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