UnityShader入门精要第六章-基础光照模型原理总结

前言

开发中常常有一些画面表现上的需求，但苦于不会写Shader，没办法实现，现在特地来学习相关原理知识。

UnityShader入门精要的第六章前的内容已经很详尽了，在此不做记录。但第六章中的基础光照模型比较常见，这部分内容在GAMES101中也有讲解，可见其重要性，在此记录一下。

标准光照模型（Blinn-Phong模型 ）

最初的光照模型由Phong提出，他把进入到摄像机的光照分为四个部分：自发光、高光反射、漫反射、环境光。

1. 自发光：emissive，给定某个方向时，一个表面自身会向该方向散发多少辐射量。
2. 漫反射：diffuse，光照某个表面时，该表面会向每个方向散发多少辐射量。
3. 高光反射：specular，光照某个表面时，该表面会向完全镜面反射方向散发多少辐射量。
4. 环境光：ambient，其他所有间接光照。

计算光照时，就由这四个部分做贡献，接下来介绍对应公式。

自发光

自发光计算最简单。它的贡献度（Cemissive）就是该表面材质的自发光颜色（Memissive）。

$$c_{emissive} = m_{emissive}$$

漫反射

漫反射符合兰伯特定律。它的贡献度，即反射光线的强度（Cdiffuse）与表面法线和光源方向之间夹角的余弦值成正比。

$$c_{diffuse} = (c_{light}·m_{diffuse})max(0, n·I)$$

Clight是光强，Mdiffuse是该表面材质的漫反射颜色，n是表面法线，I是指向光源的单位矢量。这里对表面法线和指向光源的单位矢量点乘的结果做max运算是为了将结果截取到0，防止光源将物体的背后也照亮。

高光反射

这里的高光反射是一种经验模型，它并不完全符合现实世界的高光反射现象。

它的贡献度（Cspecular）由四个参数计算得出，分别是入射光强（Clight）、表面材质的高光反射系数（Mspecular）、视角方向（v）和反射方向（r）。除此之外还可以加上材质的光泽度（Mgloss）来控制高光区域的范围。

$$c_{specular} = (c_{light}·m_{specular})max(0, v·r)^{m_{gloss}}$$

其中反射方向r可以由表面法线（n）和光照方向（I）计算得出。

$$r = I - 2(n·I)n$$

Blinn对这里做了一些修改，他提出不再计算反射方向r，而是改为：将视角方向v和光照方向I相加后做归一化，得到一个新矢量h，然后使用h和表面法线n作点乘，以此替代Phonn模型中的v·r。

环境光

它的贡献度（Cambient）一般为全局变量，由开发者自行设置。

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本文作者：OtusScops
本文链接：https://www.cnblogs.com/OtusScops/p/17784713.html
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