【Unity Shaders】Reflecting Your World —— Unity3D中简单的Cubemap反射

本系列主要参考《Unity Shaders and Effects
Cookbook》一书（感谢原书作者），同时会加上一点个人理解或拓展。

这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源（当然你也可以从官网下载）。

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写在前面

通过上一节，我们已经知道如何创建我们自己的Cubemaps，现在，我们可以来看一下如何使用这种新的贴图类型来在Shaders中模拟反射效果。使用Cubemaps进行反射的原理实际上非常简单，但是这将给你的Shader效果带来翻天覆地的变化。它的原理主要是通过模型表面的每个顶点的法向量，去查找Cubemap贴图上的某一个位置。这种查找将会返回一个颜色值，来模拟这个Cubemap反射到你的对象上的这种效果。

这篇教程将会教给你用Cubemaps来进行反射的第一步！Unity实际上给我们提供了自动得到反射向量的方法，所以我们不需要自己去计算它了。这是在Input结构体中的内置的worldRefl向量中实现的。这会帮助我们去查找对应的Cubemap贴图中的位置。因此，第一步的内容将非常简单！

准备工作

在我们开始写Shader代码之前，我们需要搭建一个简单的场景。

1. 创建一个新的scene，Material，和Shader，可以取名为SimpleReflection。
2. 附着新的Shader到新的Material上，然后创建一个物体，并把Material赋值给它。
3. 最后，创建或者找到一个Cubemap，之后将用于我们的Shader。

下面的截图显示了我们这节中将要使用的Cubemap（这是通过在上一篇的基础上，在场景中球体所在的位置创建的自己的Cubemap）。你的可能和它不一样，没有关系，我们仅仅是想展示一下使用的Cubemap的样子，以便在最后的效果中不会产生任何难理解的地方。使用自己的也是完全可以的。

实现

下面，让我们来实现真正的Shader代码吧！

1. 首先在Properties块中创建新的properties。我们需要一个位置来得到我们的Cubemap贴图对象以及来控制反射的程度：

   	Properties {
   		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
    
   		_MainTint ("Diffuse Tint", Color) = (1,1,1,1)
   		_Cubemap ("CubeMap", CUBE) = ""{}
   		_ReflAmount ("Reflection Amount", Range(0.01, 1)) = 0.5
   	}

2. 同样，我们还需要在SubShader块中创建和properties中各变量的联系。这将允许我们从Properties块中访问这些数据。
   

   		CGPROGRAM
   		#pragma surface surf Lambert
    
   		sampler2D _MainTex;
   		samplerCUBE _Cubemap;
   		float4 _MainTint;
   		float _ReflAmount

3. 为了让我们能够模拟正确的反射角度，我们需要得到一个向量来提供给我们合适的世界反射方向。因此，我们可以使用上面提到的Unity的Surface Shaders内置的变量。在Input结构体中，下面的代码将提供给我们一个世界反射向量，来用于接下来的Shader中：
   

   		struct Input {
   			float2 uv_MainTex;
   			float3 worldRefl
   		};

4. 最后，我们仅仅需要从Cubemap中得到贴图信息，即使用texCUBE函数和Input提供给我们的新的世界反射向量。添加下面的代码到你的surf函数中：

   		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
   			half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _MainTint;
   			o.Emission = texCUBE(_Cubemap, IN.worldRefl).rgb * _ReflAmount;;
   			o.Albedo = c.rgb;
   			o.Alpha = c.a;
   		

整体代码如下：

Shader "Custom/SimpleReflection" {
	Properties {
		_MainTint ("Diffuse Tint", Color) = (1,1,1,1)
		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
		_Cubemap ("CubeMap", CUBE) = ""{}
		_ReflAmount ("Reflection Amount", Range(0.01, 1)) = 0.5
	}
 
	SubShader {
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
		LOD 200
 
		CGPROGRAM
		#pragma surface surf Lambert
 
		sampler2D _MainTex;
		samplerCUBE _Cubemap;
		float4 _MainTint;
		float _ReflAmount;
 
		struct Input {
			float2 uv_MainTex;
			float3 worldRefl;
		};
 
		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
			half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _MainTint;
			o.Emission = texCUBE(_Cubemap, IN.worldRefl).rgb * _ReflAmount;;
			o.Albedo = c.rgb;
			o.Alpha = c.a;
		}
		ENDCG
	}
	FallBack "Diffuse"
}

最后，当我们和上一篇中创建的Cubemap结合起来后，就可以得到下面的效果。可以看到其中的球有反射的效果。

解释

上面代码能够成功的主要原因就是Unity3D提供的Surface Shader的Input结构的内置属性。worldRefl变量给我们需要的反射向量来正确的采样我们的Cubemap。我们仅需要在函数中使用worldRefl属性，就可以很方便地得到正确的反射视角。

下面的截图展示了一个什么是传递给Shader的反射数据的例子。