高光反射Phong光照模型

本文借鉴《Unity Shader入门精要》,算是对自己学习的总结,也希望分享下所学知识~~

高光反射是一种经验模型,并不完全符合真实世界中的高光反射现象。
先根据表面法线、视角方向、光源方向计算出反射方向。
通过 Phong 模型来计算高光反射的部分。
一般都用逐像素,得到更平滑的高光效果。

公式:

高光反射光线强度 = 入射光线颜色 * 高光反射颜色 * max( 0, 视角方向 · 反射方向 ) ^ 高光反光度

case 逐顶点:

Shader "SpecularVertexLevel"
{
    Properties
    {
        _Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)//漫反射颜色
        _Specular("Specular", Color) = (1,1,1,1)//高光颜色
        _Gloss("Gloss", Range(1,256)) = 5//反光度
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

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

            fixed4 _Diffuse;
            fixed4 _Specular;
            float _Gloss;

            struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
                fixed3 color: Color;
            };

            v2f vert (appdata_base v)// appdata_base 内置结构
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;

                fixed3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                fixed3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
                fixed3 worldLight = UnityWorldSpaceLightDir(worldPos);//内置函数:从世界空间位置计算世界空间光的方向
                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * max(0, dot(worldNormal,worldLight));

                fixed3 reflectDir = normalize( reflect(-worldLight,worldNormal) );//计算反射方向,reflect 函数的入射方向要求由光源指向交点处,所以取反
                fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));//内置函数:从对象空间位置计算世界空间视图方向
                fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0,dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);

                o.color = diffuse + ambient + specular;
                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                return fixed4(i.color, 1);
            }
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

case 逐像素:

struct v2f
{
    float4 vertex : SV_POSITION;
    fixed3 worldNormal: TEXCOORD0;
    float3 worldPos: TEXCOORD1;
};
v2f vert (appdata_base v)
{
    v2f o;
    o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    fixed3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal( v.normal);
    o.worldNormal = worldNormal;//计算世界空间下法线方向给片元着色器
    o.worldPos =  mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);//计算世界空间下顶点坐标给片元着色器
    return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;

    fixed3 worldLightDir = UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos);
    fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * max(0,dot(worldLightDir,i.worldNormal));

    fixed3 reflectDir = normalize(reflect(-worldLightDir,i.worldNormal));
    fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos));
    fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);
    
    fixed3 color = ambient + diffuse + specular;
    return fixed4(color, 1);
}
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