【OpenGL】Dota2 Shader分析
发表于2018-10-18
最近在总结OpenGL知识，想到了以前搜索到Dota2相关的文章：《Dota2-Character Shader Masks Guide》，而且dota2的模型在网上也可以下载到，所以非常值得用来作为光照相关知识的总结。
我用Ogre模型做实验，效果如下：
这个Shader只是为了总结shader的知识点，对于实现可能比较粗糙了点，所以见谅。
我准备分两部分来讲这个Shader的实现：
- 用Surface Shader的方法来展示《Dota2-Character Shader Masks Guide》的算法。
- 用Vertex/Fragment的方法来解释，会更加偏向于Surface Shader为我们节省的繁琐事务（比如怎么正确计算法线等）。
Shader需要四张贴图，如下图：
本文主要介绍两张Mask贴图所对应的算法。
图解算法
先用图解的方式来体会效果，主要是为了强调：
- 可以用图层来包含特殊意义的信息；
- 要调好效果，光照模型很重要；这里的效果是Dota2专有的；
比较简单的光照模型还有Phong/Blinn模型、BRDF模型等……
我们以角色武器的材质球作为参考，原始贴图颜色：
a.漫反射部分（ Mask1.g）
float3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb; float diff = max(0.05, dot(worldN, lightDirection)); float3 diffuseReflection = albedo * diff;
Diffuse wrap texture (相关概念：Half-Lambert)：
float3 diffuseReflection = albedo * tex2D(_Diffuse, float2(diff, 0.2));
Diffuse的结果
b.高光相关（Mask2.a，Mask2.r)
不同的材质，高光点的大小是不一样的，越粗糙的，高光点越大但亮度越小，粗糙到一定程度就是漫反射（相反，就是镜面反射）。这里用两张贴图来表明高观点大小（Mask2.a）和强度(Mask2.r)：
我们发现，同一种材质的高光强度也会有所不一样，这个是因为考虑了AO（Ambient Occlusion）;
float3 specularReflection = pow(max(0.0, dot(reflect(-lightDirection, worldN), viewDirection)), shininess) * specIntensity;
加上漫反射：
漫反射+高光结果：
c.Rimlighting Mask2.g
Rimlighting用来亮化对象边缘，就像对象后面也有光源一样，使得对象更加凸显。不同物质的边缘光强度也不一样，金属的会弱一点，皮革皮肤等会强一些，这里用Mask2.g来控制边缘光的轻度。Mask如下：
float3 rim = rimIntensity * saturate(1 - saturate(dot(worldN, viewDirection))*1.8) ;
漫反射+高光+Rim结果：
d.自发光（Mask1.a)
自发光是用来模拟热辐射等的效果，mask如下：
diffuseReflection = albedo * lerp(tex2D(_Diffuse, float2(diff, 0.2)), float3(1, 1, 1) * 2, selfIllu);
漫反射+高光+Rim+自发光结果：
e.更加真实的金属 （Mask1.b， Mask2.b）
f.Detail Map
略
算法原理
这里Shader的原理和Phong/Blinn中的原理比较相似，Phone/Blinn模型主要是用三个向量（Light, View, Normal Direction）来计算环境光（ambient），漫反射（diffuse）和高光（specular）。而Dota2模型是在此基础上，用Mask的方式来对各种光进行细致地区分；再加上了rimLight, DetailMap等其它一些效果。另外，Blinn模型是Phong模型的优化方案（请参考文章：Shading Model）；当然还有物理渲染模型（待我了解之后，在写文章吧 ：)
下面介绍一下Phong/Blinn模型：
- 漫反射
- 高光
- rimLight
完整代码：
Shader"stalendp/dotaShaderSuf"｛
Properties｛
_MainTex("Albedo(RGB)",2D)="white"｛｝
_Normal("Normal",2D)="white"｛｝
_Mask1("Mask1",2D)="white"｛｝
_Mask2("Mask2",2D)="white"｛｝
_Diffuse("Diffuse",2D)="white"｛｝
｝
SubShader｛
Tags｛"RenderType"="Opaque"｝
LOD200
CGPROGRAM
//PhysicallybasedStandardlightingmodel,andenableshadowsonalllighttypes
#pragmasurfacesurfDotaSpecularnoforwardaddnoshadow
//Useshadermodel3.0target,togetnicerlookinglighting
#pragmatarget3.0
sampler2D_MainTex;
sampler2D_Normal;
sampler2D_Mask1;
sampler2D_Mask2;
sampler2D_Diffuse;
structInput｛
float2uv_MainTex;
float2uv_Normal;
float2uv_Mask1;
float2uv_Mask2;
float2uv_Diffuse;
｝;
structMySurfaceOutput｛
fixed3Albedo;
fixed3Normal;
fixed3Emission;
halfSpecular;
fixedGloss;
fixedAlpha;
float2myuv;
｝;
half4LightingDotaSpecular(MySurfaceOutputs,half3lightDir,half3viewDir,halfatten)｛
fixed4tex=tex2D(_MainTex,s.myuv);
s.Albedo=tex.rgb;
float4mask1=tex2D(_Mask1,s.myuv);
float4mask2=tex2D(_Mask2,s.myuv);
floatspecIntensity=mask2.r;
floatrimIntensity=mask2.g;
floattint=mask2.b;
floatshininess=mask2.a*10;
floatmetalness=mask1.b;
floatselfIllu=mask1.a;
metalness=1-metalness*0.7;
float3viewDirection=viewDir;//normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos.xyz));
float3lightDirection=lightDir;//normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//directionallight
floatdr=max(0.05,dot(s.Normal,lightDirection));
float3diffuseReflection=s.Albedo*metalness*lerp(tex2D(_Diffuse,float2(dr,0.2)),float3(1,1,1)*2,selfIllu);
float3rim=rimIntensity*saturate(1-saturate(dot(s.Normal,viewDirection))*1.8);
float3specularReflection=specIntensity*metalness*4*lerp(_LightColor0.rgb,_LightColor0.w*s.Albedo,tint)
*pow(max(0.0,dot(reflect(-lightDirection,s.Normal),viewDirection)),shininess*metalness);
returnhalf4((diffuseReflection+rim+specularReflection)*atten,1);
｝
voidsurf(InputIN,inoutMySurfaceOutputo)｛
o.myuv=IN.uv_MainTex;
o.Normal=UnpackNormal(tex2D(_Normal,IN.uv_MainTex));
｝
ENDCG
｝
FallBack"Diffuse"
｝
来自：https://blog.csdn.net/stalendp/article/details/50953869