Lightmaping
一、基本知识点
1、Baked Only:不会传入shader,只有烘焙时才有用,也就是_LightColor0等这种变量不会表示一个Baked Only Light(前提是场景有lightmap,如果没有烘培,baked only的参数没有意义);
(1)烘焙完以后,再将Realtime Only改为Baked Only,还是会传入shader;
(2)Baked的Light,在烘焙完后,手动改为Realtime Only,还是会传入shader。
2、Realtime Only:只有实时光照,不参与烘焙过程;
3、Auto:Unity自己判断你是烘焙的还是实时的。
二、渲染路径相关
1、VertexLit渲染路径下的光照贴图:
Vertex Pass和VertexLM* Pass,同时只会执行一种:
当场景没有lightmap时,会执行Vertex Pass;
当场景有lightmap时,烘培过的static物体会执行VertexLM* Pass,其它物体执行Vertex Pass。
注意:Always Pass还是会一直执行。
Unity默认材质,如果被烘培了,就不再受实时光照影响,也就是说Realtime Only light都直接被忽略。
可以自己写shader来实现lightmap静态物体,同时有实时光照的效果。
自发光材质,也能烘焙出光影效果,但需要标记为static,可以按照制定规范自己编写自发光材质。
2、Forward渲染路径下的光照贴图:
a.对于Unity bulit-in的shader,物体可以同时接受lightmap和realtime光照效果,
实时影响烘焙物体的light的属性:pixel、支持RealTime。
被烘培锅的光源不再对烘焙过的物体产生照明。
b.自定义shader
#pragma multi_compile_fwdbase #ifndef LIGHTMAP_OFF
sampler2D unity_LightMap;
float4 unity_LightMapST;
#endif // lightmap的颜色
#ifndef LIGHTMAP_OFF
float3 c_lm = DecodeLightmap(tex2D(unity_LightMap, i.uv2));
c_tex.rgb = c_tex.rgb * c_lm;
#endif
3、Deferred渲染路径下的光照贴图:
双光照贴图默认只在Deferred模式下使用。
在Forward渲染路径下,可以使用Surface Shader来使用双光照贴图:
#pragma surface surf Lambert dualforward
三、光照贴图模式:
1、Single Lightmaps
单光照贴图只生成Far光照图。
烘焙场景时凹凸信息会丢失。
2、Dual Lightmaps
Far光照图:完全的GI光照;
Near光照图:只包含Indirect照明。
影响参数:QualitySettings.shadowDistance,物体到相机的距离。
当距离>shadowDistance时,渐变到Far贴图,没有实时光照;
当距离<shadowDistance时,渐变到Near贴图,也就是Indirect光照贴图+实时光照。
应用原理:根据distance在Far和Near两组光照贴图之间混合。
优点:既可以让我们的场景有GI照明的真实感,又可以拥有动态光源的变化。
双光照贴图可以很好地支持Specular和凹凸贴图。
3、Directional Lightmaps
color光照图:和单光照贴图的完全一样,只包含颜色信息;
scale光照图:存储灯光的方向信息。
方向不是指方向光,而是说烘焙出的贴图会保存灯光的方向信息。
四、在shader中使用lightmap的数据:
1、要使用vs/ps的shader,不使用surface shader
2、访问lightmap数据的变量:
sampler2D unity_Lightmap;
float4 unity_LightmapST;
3、unity_LightmapST在规范上来说有一个命名失误,将_ST写成了ST,所以在计算uv的时候不能这样:
o.uv1 = TRANSFORM_TEX(v.texcoord1.xy, unity_Lightmap);
因为TRANSFORM_TEX的定义为:
#define TRANSFORM_TEX(tex,name) (tex.xy * name##_ST.xy + name##_ST.zw)
那么对于lightmap需要这样做:
o.uv1 = i.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;
4、根据DecodeLightmap函数来解析lightmap颜色值,DecodeLightmap的函数定义如下,其内部处理了平台相关的问题:
// Decodes lightmaps:
// - doubleLDR encoded on GLES
// - RGBM encoded with range [0;8] on other platforms using surface shaders
inline fixed3 DecodeLightmap(fixed4 color) {
#if defined(SHADER_API_GLES) && defined(SHADER_API_MOBILE)
return 2.0 * color.rgb;
#else
return (8.0 * color.a) * color.rgb;
#endif
}
那么获得Lightmap颜色的代码为:
half4 lm = tex2D(unity_Lightmap, i.lmuv.xy);
fixed3 lightmapColor = DecodeLightmap(lm);
五、shader示例
VertexLit渲染路径下支持Lightmap:
Shader "James/VP Shader/LightMap-VertexLit"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_addColor ("addColor", Color) = (, , , )
}
SubShader
{
Pass
{
Tags { "LightMode" = "Vertex"}
LOD CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc" sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST; struct v2f
{
float4 pos: POSITION;
float3 normal: TEXCOORD0;
float2 uv: TEXCOORD1;
float4 lightingColor : TEXCOORD2;
}; v2f vert(appdata_base data)
{
v2f o;
o.lightingColor.rgb = ShadeVertexLights(data.vertex, data.normal);
o.lightingColor.a = ;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, data.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(data.texcoord, _MainTex);
o.normal = data.normal;
return o;
} float4 frag(v2f data) : COLOR
{
fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, data.uv);
return texColor * data.lightingColor;
// return float4(0, 1, 0, 1);
}
ENDCG
} Pass
{
Tags { "LightMode" = "VertexLMRGBM"}
LOD CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc" float4 _addColor; sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
sampler2D unity_Lightmap;
float4 unity_LightmapST; struct v2f
{
float4 pos: POSITION;
float3 normal: TEXCOORD0;
float2 uv_tex: TEXCOORD1;
float2 uv_lm: TEXCOORD2;
// 实时光照成分
float3 lightingColor : TEXCOORD3;
}; v2f vert(appdata_full data)
{
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, data.vertex);
o.uv_tex = TRANSFORM_TEX(data.texcoord, _MainTex);
o.uv_lm = data.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;
o.normal = data.normal;
o.lightingColor = ShadeVertexLights(data.vertex, data.normal);
return o;
} float4 frag(v2f data) : COLOR
{
// 纹理颜色
fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, data.uv_tex);
// 解码的lightmap颜色
fixed4 lm = tex2D(unity_Lightmap, data.uv_lm);
fixed3 lmColor = DecodeLightmap(lm);
// 纹理色 * 光照色
texColor.rgb = texColor.rgb * lmColor;
return texColor * fixed4(data.lightingColor, );
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
Forward渲染路径下支持Lightmap:
Shader "James/VP Shader/LightMap-ForwardLM"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_Color ("Base Color", Color) = (, , , )
}
SubShader
{
Pass
{
Tags { "LightMode" = "ForwardBase"}
LOD CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_fwdbase
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc" uniform float4 _Color; sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST; #ifndef LIGHTMAP_OFF
sampler2D unity_Lightmap;
float4 unity_LightmapST;
#endif struct vertOut
{
float4 pos: POSITION;
float4 color: COLOR;
float3 litDir: TEXCOORD0;
float3 worldN: TEXCOORD1;
float2 uv: TEXCOORD2; #ifndef LIGHTMAP_OFF
float2 uv2: TEXCOORD3;
#endif
}; vertOut vert(appdata_full v)
{
// 世界坐标
float4 worldV = mul(_Object2World, v.vertex);
// 世界法线
// float3 worldN = mul((float3x3)_Object2World, SCALED_NORMAL).xyz;
float3 worldN = mul(_Object2World, float4(SCALED_NORMAL, )).xyz;
float3 c = Shade4PointLights(unity_4LightPosX0, unity_4LightPosY0, unity_4LightPosZ0,
unity_LightColor[], unity_LightColor[], unity_LightColor[], unity_LightColor[],
unity_4LightAtten0, worldV.xyz, worldN); vertOut o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.litDir = WorldSpaceLightDir(v.vertex);
o.worldN = worldN;
// 4盏点光源的光照
o.color = float4(c, 1.0) * _Color;
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord.xy, _MainTex); #ifndef LIGHTMAP_OFF
o.uv2 = (v.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw);
#endif return o;
} float4 frag(vertOut i) : COLOR
{
// 1个主光的光照
float4 c = max(0.0, dot(i.worldN, normalize(i.litDir))) * _LightColor0 * _Color; // 纹理颜色
float4 c_tex = tex2D(_MainTex, i.uv); #ifndef LIGHTMAP_OFF
float3 c_lm = DecodeLightmap(tex2D(unity_Lightmap, i.uv2));
c_tex.rgb *= c_lm;
#endif return c + c_tex + i.color;
}
ENDCG
} Pass
{
Tags { "LightMode" = "ForwardAdd"}
LOD
Blend One One CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc" uniform float4 _Color;
struct vertOut
{
float4 pos : SV_POSITION;
float3 litDir : TEXCOORD0;
float3 worldN : TEXCOORD1;
float atten : TEXCOORD2;
}; vertOut vert(appdata_base v)
{
float3 worldN = mul(_Object2World, float4(SCALED_NORMAL, )).xyz; vertOut o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.litDir = WorldSpaceLightDir(v.vertex);
o.worldN = worldN;
float dist = length(o.litDir);
// 根据_WorldSpaceLightPos0.w来判断是方向光还是点光源
o.atten = / ( + dist * dist * _WorldSpaceLightPos0.w);
return o;
} float4 frag(vertOut i) : COLOR
{
float4 c = _LightColor0 * _Color * max(0.0, dot(i.worldN, normalize(i.litDir))) * i.atten;
return c;
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
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