URP多光源处理
该节我们将实现在URP下接收多个光照
本系列URP不再阐述具体的效果实现逻辑与公式推导，侧重于URP下对《Shader入门精要》中Demo的复刻。如果对该Shader实现原理层面不太了解，建议移步我之前对《Shader入门精要》一书的学习笔记博客。在此感谢该书作者冯乐乐女神为我们这些新手铺垫了求学之路。
效果图
思路
- 使用GetMainLight函数获取主光源，然后进行漫反射与高光反射计算
- 使用GetAdditionalLightsCount函数获取副光源个数，在一个For循环中使用GetAdditionalLight函数获取其他的副光源，进行漫反射与高光反射计算，叠加到光源结果上
在URP中，光照的计算不再像Built-in管线那样死板，全部由Unity的光照路径决定；现如今是由URP管线的脚本收集好场景中所有的光照信息，再传输给Pass，由我们开发者在Pass中决定采用那些光源进行光照计算。
使用到的语法
-
用于声明属性为开关的标签，该开关可以在材质的Inspector面板中看到，用与开启和关闭多光源的计算
[Toggle(_AdditionalLights)] -
一个关键字，用于后续代码中的宏校验，注意后面的名称对应了属性中的标签名
#pragma shader_feature _AdditionalLights -
用于获取主光源，返回Light。
GetMainLight(); -
用于获取场景中除主光源外的副光源个数。
GetAdditionalLightsCount();副光源个数是有限制的，最大不能超过URP管线中的灯光限制（管线的Inspector界面：Lighing->PerObjectLimit），超过部分不会纳入计算。
-
通过传入副光源索引和片元的世界坐标，返回一个该片元的副光源参数（Light）。
GetAdditionalLight(lightIndex,positionWS); -
使用球谐函数计算环境光
alf3 ambient = SampleSH(normalWS);
完整代码
Shader "URP/MultiLight"
{
Properties
{
_Diffuse ("Diffuse", Color) = (1, 1, 1, 1)
_Specular ("Specular", Color) = (1, 1, 1, 1)
_Gloss ("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20
[Toggle(_AdditionalLights)] _AddLights ("AddLights", Float) = 1
}
SubShader
{
Tags { "RenderType" = "Opaque" "RenderPipeline" = "UniversalPipeline" }
HLSLINCLUDE
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
float4 _Diffuse;
float4 _Specular;
float _Gloss;
CBUFFER_END
ENDHLSL
Pass
{
Tags { "LightMode" = "UniversalForward" }
HLSLPROGRAM
#pragma shader_feature _AdditionalLights
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"
struct Attributes
{
float4 positionOS: POSITION;
float3 normalOS: NORMAL;
float4 tangentOS: TANGENT;
};
struct Varyings
{
float4 positionCS: SV_POSITION;
float3 positionWS: TEXCOORD0;
float3 normalWS: TEXCOORD1;
float3 viewDirWS: TEXCOORD2;
};
Varyings vert(Attributes v)
{
Varyings o;
// 获取不同空间下坐标信息
VertexPositionInputs positionInputs = GetVertexPositionInputs(v.positionOS.xyz);
o.positionCS = positionInputs.positionCS;
o.positionWS = positionInputs.positionWS;
// 获取世界空间下法线相关向量
VertexNormalInputs normalInput = GetVertexNormalInputs(v.normalOS, v.tangentOS);
o.normalWS = NormalizeNormalPerVertex(normalInput.normalWS);
o.viewDirWS = GetCameraPositionWS() - positionInputs.positionWS;
return o;
}
/// lightColor：光源颜色
/// lightDirectionWS：世界空间下光线方向
/// lightAttenuation：光照衰减
/// normalWS：世界空间下法线
/// viewDirectionWS：世界空间下视角方向
half3 LightingBased(half3 lightColor, half3 lightDirectionWS, half lightAttenuation, half3 normalWS, half3 viewDirectionWS)
{
// 兰伯特漫反射计算
half NdotL = saturate(dot(normalWS, lightDirectionWS));
half3 radiance = lightColor * (lightAttenuation * NdotL) * _Diffuse.rgb;
// BlinnPhong高光反射
half3 halfDir = normalize(lightDirectionWS + viewDirectionWS);
half3 specular = lightColor * pow(saturate(dot(normalWS, halfDir)), _Gloss) * _Specular.rgb;
return radiance + specular;
}
half3 LightingBased(Light light, half3 normalWS, half3 viewDirectionWS)
{
// 注意light.distanceAttenuation * light.shadowAttenuation，这里已经将距离衰减与阴影衰减进行了计算
return LightingBased(light.color, light.direction, light.distanceAttenuation * light.shadowAttenuation, normalWS, viewDirectionWS);
}
half4 frag(Varyings i): SV_Target
{
half3 normalWS = NormalizeNormalPerPixel(i.normalWS);
half3 viewDirWS = SafeNormalize(i.viewDirWS);
// 使用HLSL的函数获取主光源数据
Light mainLight = GetMainLight();
half3 diffuse = LightingBased(mainLight, normalWS, viewDirWS);
// 计算其他光源
#ifdef _AdditionalLights
uint pixelLightCount = GetAdditionalLightsCount();
for (uint lightIndex = 0u; lightIndex < pixelLightCount; ++ lightIndex)
{
// 获取其他光源
Light light = GetAdditionalLight(lightIndex, i.positionWS);
diffuse += LightingBased(light, normalWS, viewDirWS);
}
#endif
// 采用球谐光照计算环境光
half3 ambient = SampleSH(normalWS);
return half4(ambient + diffuse, 1.0);
}
ENDHLSL
}
}
FallBack "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/FallbackError"
}
