高光反射

喜欢ヅ旅行 2023-07-06 14:49 93阅读 0赞

这里的高光反射是一种经验模型，并不完全符合真实世界中的高光反射现象，用于计算那些沿着完全镜面反射方向被反射的光线，可以让物体看起来有光泽，比如金属材质。

计算高光反射需要知道 表面法线，视角方向，光源方向，反射方向等。

我们使用Phong模型 来计算高光反射，公式如下：

![\_\{Cspecular\}][Cspecular]=（![\_\{Clight\}][Clight] \* ![\_\{Mspecular\}][Mspecular])max(0，![\\hat\{v\}][hat_v]![\\cdot][cdot]![\\hat\{r\}][hat_r])![^\{\_\{Mgloss\}\}][Mgloss]

其中![^\{\_\{Mgloss\}\}][Mgloss]:指的是 材质的光泽度--gloss即反光度。控制高光部分区域，![^\{\_\{Mgloss\}\}][Mgloss]越大，亮点就越小。

![\_\{Mspecular\}][Mspecular] :材质的高光反射系数，控制该材质对于高光反射的强度和颜色。

![\_\{Clight\}][Clight]：入射光源的颜色和强度。

![\\hat\{v\}][hat_v]：视角方向。 ![\\hat\{r\}][hat_r]： 反射方向。

max函数：防止![\\hat\{v\}][hat_v]![\\cdot][cdot]![\\hat\{r\}][hat_r]点积为负数。

CG中提供了计算反射方向的函数 reflect(i,n);

i:入射方向；n：法线方向

1.逐顶点光照

Shader "Custom/SpecularVert"
    {
        
        Properties
        {
            _DiffuseColor("DiffuseColor",Color)=(1,1,1,1)
            _SpecularColor("SpecularColor",Color)=(1,1,1,1)
            _Gloss("Gloss",Range(8,256))=20
        }
    
        SubShader
        {
            pass
            {
                Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
    
                CGPROGRAM
                #pragma vertex vert
                #pragma fragment frag
                #include "Lighting.cginc"
                fixed4 _DiffuseColor;
                fixed4 _SpecularColor;
                float _Gloss;
    
    
                struct a2v
                {
                    float4 vertPos:POSITION;
                    float3 normal:NORMAL;
                };
    
                struct v2f
                {
                    float4 pos:SV_POSITION;
                    float3 color:COLOR;
                };
    
                v2f vert(a2v v)
                {
                    v2f o;
                    o.pos=UnityObjectToClipPos(v.vertPos);
                    fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                    fixed3 worldNormal=normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject));
                    fixed3 worldLightDir=normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                    fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb*_DiffuseColor.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));
                    fixed3 reflectDir=normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));
                    fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-mul(unity_ObjectToWorld,v.vertPos).xyz);
                    fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_SpecularColor.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);
                }
    
                ENDCG
            }
    
        }
    
        FallBack "Specular"
    }

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2huem1kbGhj_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

可以看出 高光部分 不是那么平滑，这是因为高光反射部分的计算是非线性的，在顶点着色器中计算光照在进行插值是线性的，破坏了原计算的非线性关系。下面采用逐像素方法来计算高光反射部分。

2.逐像素光照

Shader "Custom/SpecularFragment"
    {
        Properties
        {
            _DiffuseColor("DiffuseColor",Color)=(1,1,1,1)
            _SpecularColor("SpecularColor",Color)=(1,1,1,1)
            _Gloss("Gloss",Range(8,256))=20
        }
    
        SubShader
        {
            pass
            {
                Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
    
                CGPROGRAM
                #pragma vertex vert
                #pragma fragment frag
                #include "Lighting.cginc"
                fixed4 _DiffuseColor;
                fixed4 _SpecularColor;
                float _Gloss;
    
    
                struct a2v
                {
                    float4 vertPos: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.vertPos);
                    o.worldNormal=mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);
                    o.worldPos=mul(unity_ObjectToWorld,v.vertPos).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*_DiffuseColor.rgb*saturate(dot(worldNormal,worldLightDir));
                    fixed3 reflectDir=normalize(reflect(-worldLightDir,worldNormal));
                    fixed3 viewDir=normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-i.worldPos.xyz);
                    fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_SpecularColor.rgb*pow(saturate(dot(reflectDir,viewDir)),_Gloss);
                    fixed3 scolor=ambient+diffuse+specular;
                    return fixed4(scolor,1);
                }
    
                ENDCG
            }
    
        }
        FallBack "Diffuse"
    }

![20200219232630526.png][]

高光效果会好很多，看起来平滑许多。

[Cspecular]: https://private.codecogs.com/gif.latex?_%7BCspecular%7D
[Clight]: https://private.codecogs.com/gif.latex?_%7BClight%7D
[Mspecular]: https://private.codecogs.com/gif.latex?_%7BMspecular%7D
[hat_v]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%5Chat%7Bv%7D
[cdot]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%5Ccdot
[hat_r]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%5Chat%7Br%7D
[Mgloss]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%5E%7B_%7BMgloss%7D%7D
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2huem1kbGhj_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200219232320118.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2huem1kbGhj,size_16,color_FFFFFF,t_70
[20200219232630526.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200219232630526.png