解读Unity中的CG编写Shader系列八(镜面反射)
转自http://www.itnose.net/detail/6117378.html
讨论完漫反射之后,接下来肯定就是镜面反射了
在开始镜面反射shader的coding之前,要扩充一下前面提到的知识,加深理解镜面反射与漫反射的区别。
引用一下一位前人博文中的一些基础概念,特别是关于冯氏反射模型的:
平行光(directional light) 一种是从特定方向射入并只会照亮面对入射方向的物体,我们称之为平行光(directional light)。
环境光(ambient light) 另一种光是来自所有方向并且会照亮所有物体,不管这些物体的朝向如何,我们称之为环境光(ambient light)。当然在真实世界里,这只是平行光照到其他物体上,比如空气、灰尘等等,然后反射出来的散射而已。但是在这里,我们需要把它单独作为一个光照模型列出来。
漫反射(Diffuse)
无论光的入射角度如何,都会向所有方向发生反射。反射光的亮度只和光线的入射角度有关,与观察角度无关。光线越平行于物体表面,则反射光越弱,表面越暗;光线越垂直于表面,反射光越强,表面越亮。漫反射是我们通常想到一个物体受到光照时需要首先想到的。
镜面反射(Specular)
这就像镜子一样,反射光将按照和入射角相同的角度反射出来。这种情况下,你看到的物体反射出来的光的亮度,取决于你的眼睛和光反射的方向是否在同一直线上;也就是说,反射光的亮度不仅与光线的入射角有关,还与你的视线和物体表面之间的角度有关。镜面反射通常会造成物体表面上的“闪烁”和“高光”现象,镜面反射的强度也与物体的材质有关,无光泽的木材很少会有镜面反射发生,而高光泽的金属则会有大量镜面反射。
P.S.:可以看出除了环境光是我们计算机图形学中抽象出来的虚拟现象,其他3种现象都是真实存在的
冯氏反射模型(Phong Rlection Model)
发生漫反射光的RBG值。
发生镜面反射光的RGB值。
其次所有材质都有以下四个属性
反射的环境光RGB值
反射的漫反射光RGB值
反射的镜面反射光RGB值
物体的反光度,它决定了镜面反射的细节
每条光线我们都需要知道两个属性,每个物体表面上的点都需要4个属性
镜面反射与观察视角的联系系列6中我已经说明了材料表面的平整程度决定了镜面反射的明显与否,现实生活中找不到绝对平的物体表面,所以我们引入一个概念,每一种材料的表面的平整程度为Nshininess, n越大越平整,越小越粗糙,理想状态下n无穷大的时候是绝对的镜面反射,也就是前面引用的文字中所说的你想看到光源,则必须从光线的反射角完全重合去看。
编写Shader
float3 ambientLighting = float3(UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT) * float3(_Color);
漫反射光 diffuseReflection 上文中已经计算好。
Shader "Custom/CustomSpecular" {
Properties {
_Color ("Diffuse Material Color", Color) = (,,,)
_SpecColor ("Specular Material Color", Color) = (,,,)
//材料表面的光泽程度,根据前文所述,此参数无穷大时,材料完全不会产生镜面反射
_Shininess ("Shininess", Float) =
}
SubShader {
Pass{
Tags { "LightMode" = "ForwardBase" } CGPROGRAM //定义顶点着色器与片段着色器入口
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
//获取property中定义的材料颜色
uniform float4 _Color;
uniform float4 _SpecColor;
uniform float _Shininess; // 光源的位置或者方向
//uniform float4 _WorldSpaceLightPos0; // 光源的颜色 (from "Lighting.cginc")
uniform float4 _LightColor0; //定义顶点着色器的输入参数结构体
//我们只需要每个顶点的位置与对应的法向量
struct vertexInput {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};
//定义顶点着色的输出结构体/片段着色的输入结构体
//已经计算好的颜色
struct vertexOutput {
float4 pos : SV_POSITION;
float4 col : COLOR;
}; //顶点着色器
vertexOutput vert (vertexInput input) {
vertexOutput output;
//对象坐标系到世界坐标系的变换矩阵
//_Object2World与_World2Object均为unity提供的内置uniform参数
float4x4 modelMatrix = _Object2World;
//世界坐标系到对象坐标系的变换矩阵
float4x4 modelMatrixInverse = _World2Object; //法向量N变化至对象坐标系
float3 normalDirection = normalize(float3(mul(float4(input.normal, 0.0), modelMatrixInverse))); //平行光源的入射向量L直接由uniform_WorldSpaceLightPos0给出
float3 lightDirection =normalize(float3(_WorldSpaceLightPos0)); //观察向量V由摄像机坐标与顶点坐标矢量相减
float3 viewDirection = normalize(float3(float4(_WorldSpaceCameraPos, 1.0)
- mul(modelMatrix, input.vertex))); //镜面反射光的计算
float3 specularReflection=float3(_LightColor0)*float3(_SpecColor)*pow(max(0.0,dot(reflect(-lightDirection, normalDirection),viewDirection)),_Shininess); //前文计算好的漫反射光
float3 diffuseReflection=float3(_LightColor0) * float3(_Color)* max(0.0, dot(normalDirection, lightDirection)); //环境光直接获取
float3 ambientLighting = float3(UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT) * float3(_Color); //根据冯氏反射模型将上述3个RGB颜色向量相加,然后补充A: output.col = float4(ambientLighting + diffuseReflection+ specularReflection, 1.0);
//国际惯例,顶点变化三步曲
output.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, input.vertex); return output;
} //片段着色器,老规矩,把顶点着色器的输出参数作为片段着色器的输入参数
float4 frag(vertexOutput input): COLOR
{
return input.col; } ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
用新的shader再创建一个材质球,再创建一个球体,与之前的2个球体进行比较。(本例的shader还是只有一个ForwardBase的单光源Shader,但是相信看到这里您应该会把这个例子也做成多光源了)
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