shader入门精要2

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第五章 shader学习之旅

如何使用属性

Shader "Book/Chapter 5/Simple Shader" {
    Properties {
        _Color ("Color Tint", Color) = (1.0,1.0,1.0,1.0)
    }
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM
            
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            //定义一个与属性名称和类型都匹配的变量
            fixed4 _Color; // 前面要加uniform？
            
            struct a2v {...};
            
            struct v2f{...};
            
            v2f vert(a2v v) : SV_POSITION {
            ...
            }
            
            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                fixed3 c = i.color;
                c *= _Color.rgb;
                return fixed4(c, 1.0);
            }
            
            ENDCG
        }
    }
}

强大的援手:Unity提供的内置文件和变量

内置包含文件

CGPROGRAM
#include "UnityCG.cginc"
ENDCG

可以在 http://unity3d.com/cn/get-unity/download/archive

unity程序目录下，CGIncludes 也包含了相关文件。

Unity提供的CG/HLSL语义

更具体内容看DirectX相关文档。

从应用阶段传递模型数据给顶点着色器时Unity支持的常用语义

POSITION	模型空间中顶点位置，通常是float4类型
NORMAL	顶点法线，float3
TANGENT	顶点切线，float4
TEXCOORDn	该顶点的纹理坐标,float2 or float4
COLOR	顶点颜色，fixed4 or float4

从顶点着色器阶段到片元着色器阶段的语义

SV_POSITION	裁剪空间中的顶点坐标，
COLOR0	顶点颜色
COLOR1	顶点颜色
TEXCOORD0~7	纹理坐标

Debug

使用假彩色

Visual Studio

帧调试器

第六章 Unity中的基础光照

省略的具体公式，具体看书啦。

光源

自发光，环境光

辐照度(irradiance) 对于平行光，它的辐照度是垂直于光的单位面积上单位时间内穿过的能量。

吸收和散射

折射、透射、反射

高光反射(specular)

漫反射(diffuse)

着色(shading)

BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function）光照模型

大多使用一个数学公式表示，并且提供了一些参数来调整光照能量分布。它可以给出在某个出射方向上的光照能量分布。

标准光照模型

把进入摄像机的光线分为4个部分，每个部分使用一种方法来计算它的贡献度。

• 自发光(emissive)部分。往往不会照亮周围物体。

• 高光反射(specular)部分。

• 漫反射(diffuse)。

• 环境光(ambient)。unity shader可以通过UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT得到环境光的颜色和强度信息。

基于基本的光照模型的数学公式。可以选择：在片元着色器中计算，也叫逐像素光照(per-pixel lighting)；在顶点着色器中计算，也叫逐顶点光照(per-vertex lighting)。

在UnityShader中实现漫反射光照模型

逐顶点光照

SubShader {
    Pass {
        Tags {"LightMode"="ForwardBase"}

LightMode标签是Pass标签中的一种，它用于定义该Pass在Unity的光照流水线中的角色，通过这个操作，我们才能得到一些Unity的内置光照变量。

实践：逐顶点光照

v2f vert(a2v v) {
    v2f o;
    // transform the vertex from object space to projection space
    o.pos = mul (UNITY_MATRI_MVP, v.vertex);
    // get ambient term
    fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
    //transform the normal from object space to world space
    fixed3 worldNormal = normalize(mul(v.normal, (float3x3)_World2Object));
    //get the light direction in world space
    fixed3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
    //compute diffuse term
    fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLight));
    o.color = ambient + diffuse;
    return o;
}

顶点着色器最基本任务是把顶点位置从模型空间转换到裁剪空间中，因此我们需要使用Unity内置的模型 * 世界 * 投影矩阵 UNITY_MATRIX_MVP 来完成这样的坐标变换。通过Unity的内置变量UINTY_LIGHTMODEL_AMBIENT得到环境光部分。

_Diffuse 材质的漫反射颜色

v.normal顶点法线

内置变量_LightColor0，该Pass处理的光源的颜色和强度信息（注意，需要定义合适的LightMode标签）

_WorldSpaceLightPos0光源方向

实践：逐像素光照

//顶点着色器的输出结构体
struct v2f {
    float4 pos : SV_POSITION;
    float3 worldNormal : TEXCOORD0;
}
//顶点着色器不需要计算光照模型，只需要把世界空间下的法线传递给片元着色器
v2f vert(a2v v) {
    //transform the vertex from object space to projection space
    o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
    //transform the normal from object space to world space
    o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)_World2Object);
    return o;
}
//片元着色器需要计算漫反射光照模型
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
    // get ambient term
    fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
    //get the normal in world space
    fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
    fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
    //compute diffuse term
    fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));
    fixed3 color = ambient + diffuse;
    return fixed4(color,1.0);
}

目前，逐像素漫反射光照的问题是，在光照无法到达的区域，模型的外观通常是全黑的，没有任何明暗变化。改善技术，下面的。

半兰伯特模型(Half Lambert)

高光反射光照模型