Unity中Shader光照模型Blinn-Phong原理及实现

本文主要是介绍Unity中Shader光照模型Blinn-Phong原理及实现，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

前言
一、Blinn-Phong原理
二、Blinn-Phong实现
- 最终代码

前言

Unity中Shader光照模型Blinn-Phong原理及实现，也是经验型光照模型。和Phong模型一样，都是用于实现高光效果

一、Blinn-Phong原理

在这里插入图片描述

可以看出：Blinn-Phong模型和Phong模型不同的地方在于，点积时的 N 和 H 向量

Phong模型：
Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(R,V)),Shininess)
Blinn-Phong模型：
Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(N,H)),Shininess)

半角向量的计算方法
在这里插入图片描述
半角向量 = 向量1 + 向量2
即 H = L+ V

二、Blinn-Phong实现

在上一篇 Phong 模型的基础上，进行如下修改即可：

fixed3 H = normalize(L + V);
fixed4 BlinnSpecular = _SpecularColor * _SpecularIntensity * pow(max(0,dot(N,H)),_Shininess);

先输出一下 BlinnPhong 结果看一下：请添加图片描述

最终代码

Shader "MyShader/P1_5_8"
{Properties{[Header(Diffuse)]//光照系数_DiffuseIntensity("Diffuse Intensity",float) = 1[Header(Specular)]//高光颜色_SpecularColor("Specular Color",Color) = (1,1,1,1)//高光系数_SpecularIntensity("Specular Intensity",Float) = 1//高光范围系数_Shininess("Shininess",Float) = 1}SubShader{Tags { "RenderType"="Opaque" }Pass{Tags{"LightMode"="ForwardBase"}CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"struct appdata{float4 vertex : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;//在应用程序阶段传入到顶点着色器中，时加入顶点法向量信息half3 normal:NORMAL;};struct v2f{float2 uv : TEXCOORD0;float4 vertex : SV_POSITION;//定义一个3维向量，用于接受世界坐标顶点法向量信息half3 worldNormal:TEXCOORD1;//用于存储模型顶点的世界坐标float3 worldPos : TEXCOORD2;};half _DiffuseIntensity;fixed4 _SpecularColor;float _SpecularIntensity,_Shininess;v2f vert (appdata v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//把顶点法线本地坐标转化为世界坐标o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);//把模型的顶点坐标从本地坐标转化到世界坐标o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{//Lambert光照模型的结果//Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L))//使用 Unity 封装的参数 获取环境光色float Ambient = unity_AmbientSky;//在属性面板定义一个 可调节的参数 用来作为光照系数，调节效果的强弱half Kd = _DiffuseIntensity;//获取主平行光的颜色fixed4 LightColor = _LightColor0;//获取顶点法线坐标(让其归一化)fixed3 N = normalize(i.worldNormal);//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;//使用Lambert公式计算出光照//fixed4 Diffuse = Ambient + (Kd * LightColor * dot(N,L));//因为 当 顶点法线 与 反射点指向光源的向量 垂直 或成钝角时，光照效果就该忽略不计//所以，这里使用 max(a,b)函数来限制 点积的结果范围fixed4 Diffuse = Ambient + Kd * LightColor * max(0,dot(N,L));//return Diffuse;//Phong模型公式//Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(R,V)), Shininess)// 获取 V (模型顶点的世界坐标 指到 到摄像机世界坐标的单位向量)fixed3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos - i.worldPos);//使用之前计算得到的公式//fixed3 R = 2 * dot(N,L) * N - L;//使用自带的计算反射光的函数fixed3 R = reflect(-L,N);fixed4 Specular = _SpecularColor * _SpecularIntensity * pow(max(0,dot(R,V)),_Shininess);//BlinnSpecular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(N,H)), Shininess)fixed3 H = normalize(L + V);fixed4 BlinnSpecular = _SpecularColor  * _SpecularIntensity * pow(max(0,dot(N,H)),_Shininess);return BlinnSpecular+Diffuse;}ENDCG}Pass{Tags{"LightMode"="ForwardAdd"}Blend One OneCGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag//加入Unity自带的宏，用于区分不同的光照//只声明我们需要的变体//#pragma multi_compile POINT SPOT#pragma multi_compile_fwdadd//剔除我们不需要的变体#pragma skip_variants DIRECTIONAL POINT_COOKIE DIRECTIONAL_COOKIE#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"//使用光照衰减贴图，需要引入 AutoLight.cginc 库#include "AutoLight.cginc"struct appdata{float4 vertex : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;//在应用程序阶段传入到顶点着色器中，时加入顶点法向量信息half3 normal:NORMAL;};struct v2f{float2 uv : TEXCOORD0;float4 vertex : SV_POSITION;//定义一个3维向量，用于接受世界坐标顶点法向量信息half3 worldNormal:TEXCOORD1;//定义一个三维向量，用于存放模型顶点 从本地坐标 转化为 世界坐标float3 worldPos : TEXCOORD2;};half _DiffuseIntensity;v2f vert (appdata v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.uv = v.uv;//把顶点法线本地坐标转化为世界坐标o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);//把模型顶点从本地坐标转化为世界坐标o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{/*#if POINTreturn fixed4(0,1,0,1);#elif SPOTreturn 0;#endif*///把模型顶点从世界坐标转化为灯光坐标//unity_WorldToLight//从世界空间转换到灯光空间下，等同于旧版的_LightMatrix0//因为转化时使用的是4行的矩阵，所以 要把模型的顶点坐标增加一个w = 1,使坐标转化准确//float3 lightCoord = mul(unity_WorldToLight,float4(i.worldPos,1)).xyz;//return lightCoord.x;//使用Unity自带的光照衰减贴图进行纹理采样//fixed atten = tex2D(_LightTexture0,dot(lightCoord,lightCoord));//使用Unity自带的方法实现光照衰减UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten,0,i.worldPos)//获取主平行光的颜色fixed4 LightColor = _LightColor0 * atten;//获取顶点法线坐标(让其归一化)fixed3 N = normalize(i.worldNormal);//获取反射点指向光源的向量(因为内置了获取的方法，所以不用向量减法来计算)fixed3 L = _WorldSpaceLightPos0;//因为计算点光源时不需要考虑环境光，所以在Lambert光照模型中删除环境光的影响fixed4 Diffuse = LightColor * max(0,dot(N,L));return Diffuse;}ENDCG}}
}

最终效果：
请添加图片描述