US3S5L5——聚光灯衰减计算

聚光灯默认Cookie

灯光组件中有一个 Cookie 参数，是用来关联光照遮罩图片的
对于平行光和点光源，默认是不会提供任何光照遮罩信息的
但是对于聚光灯来说，Unity 会默认为它提供一个 Cookie 光照遮罩，主要是用于模拟聚光灯的区域性

而此时光照纹理中

_LightTexture0：存储的是 Cookie 纹理信息
_LightTextureB0：存储的是光照纹理信息，里面包含衰减值

因此

获取聚光灯衰减值时，需要从 _LightTextureB0 中进行采样
获取遮罩范围相关数据时，需要从 _LightTexture0 中进行采样

聚光灯衰减计算

将顶点从世界空间转换到光源空间
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float4 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, float4(i.worldPos, 1));
注意：这里我们转换后和点光源不同的是，点光源只会获取其中的 xyz ，而聚光灯会获取其中的 xyzw
这是因为在聚光灯光源空间下的 w 值有特殊含义，会参与后续的范围计算

利用光源空间下的坐标信息，通过3个步骤去获取聚光灯的衰减信息

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fixed atten = (lightCoord.z > 0) *                                                 //第一步，通过z分量判断目标点是否在聚光灯背面
    tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w *               //第二步，将坐标进行变换后从cookie纹理内取出遮罩衰减值
    tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL; //第三步，根据坐标从光照衰减纹理内取出距离衰减值

这三个步骤得到的值最终会相乘，得到最终的衰减消息

首先分析和点光源相同的部分 —— 第三步：获取距离衰减值
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tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
这里的 rr 和点光源使用的 xx 是等价的，目的都是构建一个 float2 代表 uv 坐标，即 $(distance^2, distance^2)$

这一步的规则和点光源规则一致，直接根据距离光源原点距离的平方从光照纹理中获取衰减值，需要注意的是：
1. 聚光灯的光照衰减纹理为 _LightTextureB0
2. 点乘 dot 函数只会计算 xyz，w 不会计算
接下来分析用于进行范围判断的部分 —— 第一、二步
- 第一步 - 判断是否在背面：(lightCoord.z > 0)
  
  CG 语法中没有显示的 bool 类型，一般情况下 0 表示 false，1 表示 true，
  也就是说 lightCoord.z > 0 的返回值，条件满足时为 1，条件不满足为 0
  
  这里的 z 分量代表的其实是目标点相对于聚光灯照射面距离
  如果 lightCoord.z <= 0 证明在聚光灯照射方向的背面，就不应该受到聚光灯的影响
  若 lightCoord.z <= 0，就得到 0，于是，后面的值即使相乘也是 0，相当于不受聚光灯光照影响
  
  也就是说这一步的主要作用，是用来决定顶点是否受到聚光灯光照的影响
- 第二步 - 取出 cookie 纹理衰减值：tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w
  
  我们以前在进行纹理采样时都会进行一个先缩放后平移的操作，
  比如：uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
  而第二步中的 lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5 其实也是在做这样的一个操作
  
  这样做的主要目的是因为：我们需要把 uv 坐标映射到 0~1 的范围内再从 cookie 纹理中采样，
  因为 lightCoord.xy / lightCoord.w 进行缩放后，x, y 的取值范围是 -0.5~0.5 之间
  因此再加上 0.5 后，x, y 的取值范围就是 0~1 之间，便可以进行正确的纹理采样了
  
  而 lightCoord.xy / lightCoord.w 是因为聚光灯有很多横截面，我们需要把各横截面通过缩放的形式映射到最大的面上进行采样
  lightCoord.xy / lightCoord.w 就可以得到 lightCoord 坐标对应的最大横截面上的坐标，这里具体的数学推导不展开

因此我们总结一下，看似复杂的聚光灯光照衰减计算方式，其实就是由 “cookie遮罩值” 和距离衰减共同决定的

第一步：判断是否能有机会照到光，看得到为 1，看不到为 0，(lightCoord.z > 0)
第二步：缩放平移，映射到遮罩纹理采样根据遮罩纹理的信息决定衰减叠加：tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w
第三步：从光照衰减纹理中取出按距离得到的衰减值：tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL

这三个步骤得到的值最终会相乘，得到最终的光照衰减值

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