Unity Shader高光反射模型与Binn-Phone光照模型

• 一、基本光照模型中高光反射部分公式
• 二、逐顶点光照模型
• • • 代码实现
    • 逐顶点效果图
• 二、逐像素光照模型
• • • 代码实现
    • 逐像素效果图
• 三、Blinn-Phone光照模型
• • • 代码实现
    • Blinn-Phone效果图
    • 三种高光反射模型对比图

其中为视角方向，r为反射方向。反射方向r可以由表面法线n和光源方向l计算得到：

Shader "Unity Shader Book/Chacter6-SpecularVertexLevel"
{
    Properties
    {
         _Diffuse ("Diffuse",COLOR)=(1,1,1,1)
         _Specular("Specular",COLOR)=(1,1,1,1)
         _Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20
    }
    SubShader{
        Pass{
        Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
        CGPROGRAM

        #pragma vertex vert 
        #pragma fragment frag 
        #include"Lighting.cginc"

        fixed4 _Diffuse;
        fixed4 _Specular;
        float _Gloss;

        struct a2v{
            float4 vertex :POSITION;
            float3 normal :NORMAL;
        } ;

        struct v2f{
            float4 pos:SV_POSITION;
            fixed3 color :COLOR;
        };

        v2f vert (a2v v){
        v2f o;
        //将顶点从模型空间转换到裁剪空间
        o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        //获取环境光
        fixed3 Ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
        //将法线从模型空间转换到世界空间下
        fixed3 worldNormal=normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject));
        //获取世界空间下光源方向
        fixed3 worldLightDir=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);

        fixed3 DIFFUSE=_LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));
        
        fixed3 reflectDir=normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));

        fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz);

        fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);

        o.color=Ambient+DIFFUSE+specular;

        return o;

        }
        

        fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
               return fixed4 (i.color,1.0);
        }
        ENDCG


        }
    }
    FallBack"Specular"
}

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2a8a88203c074408bcdd99b69fa1b2f1.png
通过最终的效果图我们可以看出在高光反射部不够平滑，与我们想要的平滑的效果还是有一定差距的，接下来我们进行逐像素模型的实现。

Shader "Unity Shader Book/Chacter6-SpecularPixelLevel"
{
    Properties
    {
         _Diffuse ("Diffuse",COLOR)=(1,1,1,1)
         _Specular("Specular",COLOR)=(1,1,1,1)
         _Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20
    }
    SubShader{
        Pass{
        Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
        CGPROGRAM

        #pragma vertex vert 
        #pragma fragment frag 
        #include"Lighting.cginc"

        fixed4 _Diffuse;
        fixed4 _Specular;
        float _Gloss;

        struct a2v{
            float4 vertex :POSITION;
            float3 normal :NORMAL;
        } ;

        struct v2f{
            float4 pos:SV_POSITION;
            float3 worldNormal:TEXCOORD0;
            float3 worldPos:TEXCOORD1;
        };

        v2f vert (a2v v){
        v2f o;
        o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);

        o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);

        o.worldPos=mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;

        return o;

        }
        

        fixed4 frag(v2f i):SV_Target{

        fixed3 Ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;

        fixed3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);

        fixed3 worldLightDir=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);

        fixed3 DIFFUSE=_LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));

        fixed3 reflectDir=normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));

        fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-i.worldNormal.xyz);

        fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);

        return fixed4 (Ambient+DIFFUSE+specular,1.0);

        
        }
        ENDCG


        }
    }
    FallBack"Specular"
    
   
}

逐像素模型的高光反射就基本达到了我们想要的平滑效果

Blinn-Phone光照模型与逐像素光照模型十分相似，我们只需要改动部分代码就可以实现

Shader "Custom/Chapter6-BlinnPhong"
{
    Properties
    {
         _Diffuse ("Diffuse",COLOR)=(1,1,1,1)
         _Specular("Specular",COLOR)=(1,1,1,1)
         _Gloss("Gloss",Range(8.0,256))=20
    }
    SubShader{
        Pass{
        Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
        CGPROGRAM

        #pragma vertex vert 
        #pragma fragment frag 
        #include"Lighting.cginc"

        fixed4 _Diffuse;
        fixed4 _Specular;
        float _Gloss;

        struct a2v{
            float4 vertex :POSITION;
            float3 normal :NORMAL;
        } ;

        struct v2f{
            float4 pos:SV_POSITION;
            float3 worldNormal:TEXCOORD0;
            float3 worldPos:TEXCOORD1;
        };

        v2f vert (a2v v){
        v2f o;
        o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertex);

        o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);

        o.worldPos=mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;

        return o;

        }
        

        fixed4 frag(v2f i):SV_Target{

        fixed3 Ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;

        fixed3 worldNormal=normalize(i.worldNormal);

        fixed3 worldLightDir=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);

        fixed3 DIFFUSE=_LightColor0.rgb*_Diffuse.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));

        fixed3 reflectDir=normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));

        fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-i.worldPos.xyz);

        fixed3 halfDir=normalize(worldLightDir+viewDir);

        fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(max(0,dot(worldNormal,halfDir)),_Gloss);

        return fixed4 (Ambient+DIFFUSE+specular,1.0);

        
        }
        ENDCG


        }
    }
    FallBack"Specular"
}

从左到右依次是逐像素光照模型、逐顶点光照模型、Blinn-Phone光照模型