US3S1L6-2——Blinn-Phong式高光反射光照模型的逐片元光照

知识回顾

公式:

高光反射光照颜色=光源的颜色×材质高光反射颜色×max(0, 标准化后顶点法线方向标准化后半角向量方向)光泽度高光反射光照颜色 = 光源的颜色 \times 材质高光反射颜色 \times \max(0,\ \overrightarrow{标准化后顶点法线方向} \cdot \overrightarrow{标准化后半角向量方向})^{光泽度}

  1. 标准化后顶点法线方向标准化后半角向量方向\overrightarrow{标准化后顶点法线方向} \cdot \overrightarrow{标准化后半角向量方向} 得到的结果就是 cosθ\cos\theta
  2. 半角向量方向=视角单位向量+入射光单位向量\overrightarrow{半角向量方向} = \overrightarrow{视角单位向量} + \overrightarrow{入射光单位向量}
  3. 光泽度是幂运算,假设光泽度为 nn ,相当于:(max(0,cosθ))n(max(0,\cos\theta))^n

利用Blinn-Phong式高光反射模型实现光照效果(逐片元光照)

关键步骤:基本和逐顶点一致

区别:

  1. 在顶点着色器计算顶点和法线相关数据
  2. 在片元着色器中计算Blinn-Phong式高光反射光照

Shader实现如下:

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Shader "TeachShader/Lesson42"
{
Properties
{
_SpecularColor("SpecularColor", Color) = (1, 1, 1, 1) //材质高光反射颜色
_SpecularNum("SpecularNum", Range(0, 20)) = 5 //光泽度
}
SubShader
{
Pass
{
Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }

CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag

#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"

struct v2f
{
float4 svPos : SV_POSITION; //裁剪空间下的顶点坐标
float3 wNormal : NORMAL; //世界空间下的法线
float3 wPos : TEXCOORD0; //世界空间下的顶点坐标
};

fixed4 _SpecularColor; //材质高光反射颜色
float _SpecularNum; //光泽度

v2f vert (appdata_base v)
{
v2f v2fData;
v2fData.svPos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); //顶点转换到裁剪空间
v2fData.wNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); //法线转换到世界空间
v2fData.wPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz; //顶点转换到世界空间

return v2fData;
}

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.wPos); //将摄像机坐标和顶点坐标通过相减,得到观察方向向量,并标准化
float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); //得到世界空间下的指向光源方向的标准化向量
float3 halfA = normalize(viewDir + lightDir); //将光源方向和观察方向相加得到其半角向量,并标准化
//Blinn-Phong高光反射模型的实现,这里的颜色计算只取rgb,不考虑透明度的情况
fixed3 color = _LightColor0.rgb * _SpecularColor.rgb * pow(max(0, dot(i.wNormal, halfA)), _SpecularNum);

return fixed4(color.rgb, 1); //因为传递过来的颜色变量不包括透明度,因此这里需要手动指定透明度
}
ENDCG
}
}
}

显示效果(光泽度统一为5):

image

可见,Blinn-Phong式高光反射模型比Phong式高光反射模型的高光效果更加均匀,面积也更大
而逐片元光照相比逐顶点光照的高光光斑边缘也更加平滑