Shader实现漫反射、高光反射、纹理映射
发表于2017-06-12
Shader在项目开发中的重要性就不多说了，下面介绍的是其中用的比较多的漫反射、高光反射这类光照模型，还有纹理映射这种纹理贴图，为了方便更好的去学习shader，下面就给大家详细介绍下。
漫反射效果
漫反射几何计算公式：
Diffuse = 直射光颜色 * max(0,cos夹角(光和法线的夹角) ) Tip：cosθ = 光方向· 法线方向
代码如下：
Shader "LJL/02_DiffuseVert"
｛
Properties
｛
_Color("_Color",Color)=(1,1,1,1)
｝
SubShader
｛
Pass
｛
CGPROGRAM
#include "UnityCG.cginc"
//_LightColor0 从Unity获取第一个直射光颜色 _WorldSpaceLightPos0 从Unity获取第一个直射光世界位置
#include "Lighting.cginc"
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
struct a2v
｛
//将Unity模型空间下的顶点位置填充给position
float4 position:POSITION ;
//将Unity模型空间下的法线填充给normal
float3 normal:NORMAL;
｝;
struct v2f
｛
float4 position:SV_POSITION;
fixed3 color:COLOR;
｝;
fixed4 _Color;
v2f vert(a2v v)
｛
v2f f;
f.position = mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.position);
//获取单位法线向量，并将向量在模型坐标转化为世界位置
fixed3 normalDir=normalize(mul(v.normal,(float3x3)_World2Object));
//获取世界位置下直射光单位向量（由于是平行光，在世界坐标下和在物体坐标方向一致）
fixed3 lightDir=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
//漫反射计算公式：直射光颜色*max(cos0,0) cos0是发现与直射光方向
fixed3 diffuse= _LightColor0.rgb * max(dot(normalDir,lightDir),0) * _Color;
//获取环境光
fixed3 ambient= UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb;
//加上环境光颜色
f.color=ambient + diffuse;
return f;
｝
fixed4 frag(v2f f):SV_Target
｛
return fixed4 (f.color,1);
｝
ENDCG
｝
｝
Fallback "Diffuse"
｝其效果如下图所示：
但是发现阴影部分和高亮部分过渡的不够平滑，这是如果需要的话可以在片元函数里实现漫反射效果
Shader如下：
Shader "LJL/03_DiffuseFrag"
｛
Properties
｛
_Color("_Color",Color)=(1,1,1,1)
｝
SubShader
｛
Pass
｛
CGPROGRAM
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
fixed4 _Color;
struct a2v
｛
float4 position:POSITION ;
float3 normal:NORMAL;
｝;
struct v2f
｛
float4 position:SV_POSITION;
float3 color:COLOR;
｝;
v2f vert(a2v v)
｛
v2f f;
f.position=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.position);
f.color=v.normal;
return f;
｝
float4 frag(v2f f):SV_Target
｛
float3 normalDir=normalize(mul(f.color,(float3x3)_World2Object));
float3 lightDir=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
//计算法线
float3 diffuse = _LightColor0.rgb*max(dot(normalDir,lightDir),0)*_Color;
//获取环境光
float3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb;
return float4(diffuse+ambient,1);
｝
ENDCG
｝
｝
Fallback "Diffuse"
｝ 效果就更加平滑
高光反射效果
漫反射几何计算公式：
Specular=直射光 * pow( max(cosθ,0),10) θ:是反射光方向和视野方向的夹角
代码如下：
Shader "LJL/04_SpecularVert"
｛
Properties
｛
_Color("_Color",Color)=(1,1,1,1)
_Range ("_Range", Range(0.0, 10.0)) = 2.0
｝
SubShader
｛
Pass
｛
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
float4 _Color;
float _Range;
struct a2v
｛
float4 position:POSITION ;//将模型空间下的位置坐标填充给position
float3 normal:NORMAL ;//将模型空间下的顶点法线填充normal
｝;
struct v2f
｛
float4 position:SV_POSITION ;
float3 color:COLOR;
｝;
v2f vert(a2v v)
｛
v2f f;
f.position=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.position);
float4 vertexPos=mul(v.position,(float4x4)_World2Object);
//获取视野方向
float3 cameraDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - vertexPos);
//获取灯光方向
//float3 lightDir=_WorldSpaceLightPos0.xyz;
float3 lightDir = WorldSpaceLightDir(vertexPos);
float3 normalDir=normalize(mul(v.normal,(float3x3)_World2Object));
//获取反射光位置
float3 reflectDir = normalize(reflect(-lightDir,normalDir));
float3 specular = _LightColor0.rgb * pow(max(dot(reflectDir,cameraDir),0),_Range) * _Color;
float3 diffuse = _LightColor0.rgb * max(dot(lightDir,normalDir),0)*_Color;
f.color=specular+UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb+diffuse;
return f;
｝
fixed4 frag(v2f f): SV_Target
｛
return fixed4(f.color,1);
｝
ENDCG
｝
｝
Fallback "Diffuse"
｝ 效果图如下：
纹理映射效果
映射原理：
在顶点函数中取得在顶点对应的纹理坐标，在片元函数中获取该纹理左边的像素颜色值并与漫反射融合，赋给SV_Target
代码如下：
// Upgrade NOTE: replaced '_World2Object' with 'unity_WorldToObject'
Shader "LJL/Texture" ｛
Properties
｛
_Color("_Color",Color)=(1,1,1,1)
_MainTex("_MainTex",2D)="white"｛｝
｝
SubShader
｛
Pass
｛
CGPROGRAM
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;//固定写法，用于获取纹理的缩放大小和偏移大小
fixed4 _Color;
struct a2v
｛
//从语义里获取的值都是在模型坐标
float4 position:POSITION ;//将顶点位置填充给position
float3 normal:NORMAL ;//将模型的法线填充给normal
float4 texcoord:TEXCOORD0 ; //将该顶点的纹理坐标位置填充给texcoord
｝;
struct v2f
｛
float4 position:SV_POSITION ;//屏幕位置
float3 wordNormal:COLOR0;//存储世界坐标下的法线方向
float4 wordPosition:TEXCOORD0 ; //存储在世界坐标下的顶点位置
float2 uv:TEXCOORD1 ;
｝;
v2f vert(a2v v)
｛
v2f f;
f.position=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.position);
f.wordPosition=mul(v.position,(float4x4)unity_WorldToObject);//转化为世界坐标
f.wordNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);//同上
//获取纹理坐标
f.uv=v.texcoord.xy*_MainTex_ST.xy+_MainTex_ST.zw;
return f;
｝
float4 frag(v2f f):SV_Target
｛
//获取该顶点所对应的纹理uv像素值
fixed3 color = tex2D(_MainTex,f.uv)*_Color.rgb;
//获取灯光单位方向
float3 lightDir=normalize(WorldSpaceLightDir(f.wordPosition));
//获取法线单位方向
float3 normalDir=normalize(f.wordNormal);
//将像素颜色值与漫反射颜色融合
float3 diffuse=_LightColor0.rgb*color*max(dot(lightDir,normalDir),0);
//加上环境光渲染
float3 tempColor=diffuse+color*UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb;
return fixed4(tempColor,1);
｝
ENDCG
｝
｝
Fallback "Diffuse"
｝
最终成功映射纹理同时支持纹理的缩放和偏移，效果图如下：