模型与材质
想要在游戏里渲染出好看的画面，我们首先要有模型和相应的材质通过cpu提交相关信息给gpu，那么这些模型和材质到底包含了什么东西呢？
模型
1.
模型实际上就是若干个点按照一定的顺序连成线，线连成面，面连成多边形模型。
2.模型文件
在unity中我们常用的模型文件有OBJ和FBX，我们来看看文件中包含了什么。
以OBJ文件为例：
v（vertex）代表顶点坐标数据，即模型空间中某个顶点的XYZ坐标。
vt（vertex Texcoord）代表顶点纹理坐标，即所说的UV坐标，U是水平轴，V是纵轴，范围在0-1之间。
vn（vertex normal）代表顶点法线
OBJ与FBX格式对比：
3.UV
在模型制作的过程中，有个重要的步骤叫做展UV。简单来说，我们把模型（比如一个人物角色）剪开平铺在一个面上，横轴为U，纵轴为V，范围在0-1之间。我们可以将其视为角色的“皮肤”，展在二维平面上为其绘制，并最终“贴”回到模型上，让其有更丰富的外表细节。这就是UV纹理贴图，可以说，它定义了图片上每个点的信息（比如颜色值），而每个点又跟模型上的每个点是相对应的。
但是展UV绝对是个技术活，展一个正方体盒子当然没什么难度，就如同我们小学美术课把一个立方体剪成六个面一样，当模型复杂起来时展UV也更难。UV展好的话，其表现平整干净，就像是直接从模型上扒下来的纸张，展不好的话，其效果表现就是扒下来的纸张像是叠了好几次，皱巴巴的。展好UV后艺术家们会用photoshop，bodypainter，substance painter等DCC软件（Digital Content Creating ）绘制贴图。
当然纹理贴图不止能存储模型的RGB颜色值，还能存储各种各样的信息，后续文章会提到。
材质
我们在一开始画画的时候会发现怎么画都不像，除了物体的形态外，重要的还有光影，因此我们想要让我们的渲染结果更加“真实可信”，我们还需要为其添加具有正确光照模型的材质。而现实世界中，每一样物体又有不同的材质，即会有不同的光照效果，我们先来简单看一下几种光照情况。
1.漫反射（diffuse）
漫反射经典的经验模型是兰伯特模型（Lambert）。红色的为入射光它假设所有的光线被均匀地反射出去，亮部暗部取决于入射光与模型表面法线的夹角，夹角越小越亮，因此夹角为0时为最亮部，夹角为180是为理论上最暗部。
公式如下：
Diffuse = baseColor *LightColor * dot(LightDir , Normal);
baseColor理解为纹理贴图的颜色，lightColor理解为灯光的颜色（比如太阳光一般表示为金黄色之类的），dot点乘结果为（-1,1），但是对于颜色值来说，只要值<=0就是黑色了。
2.镜面反射
镜面反射就是将入射光线根据模型表面法线进行反射，并且只有在反射方向有能量，其他方向能量均为0，因此会根据视方向（即相机观察角度）有不同的表现。
公式为：
Specular = pow(saturate(dot(ReflDir,ViewDir)),smoothness) * LightColor
从公式中可以反射方向与视方向做点乘，夹角越小镜面反射越强烈，而结果配合smoothness做power，表示越光滑的表面高光点越小，越粗糙的表面高光点越分散。
3.折射
不同的介质有不同的折射率，而光从一种介质到另一种介质的时候光的方向会发生变化，比如从空气进入水中，有一部分能量会发射，另一部分能量进入水中后改变了方向。反射和折射能量的多少是由菲涅尔定律决定的。
公式为：
R = refract(View,Normal,ration)
ReflColor = tex2D(skybox,R)
ration是原介质折射率/新介质折射率
4.粗糙镜面反射
可形成磨砂表面质感
5.粗糙镜面折射
可形成磨砂玻璃折射的效果
6.次表面散射（3s效果）
当光照（比如太阳光）照射到我们的皮肤上时（尤其是耳朵手指这些比较“薄”的部位）会出现透红的效果。照在玉石，树叶，水果等物体上也会发生。
孤岛惊魂5和神秘海域4中的皮肤渲染
7.多层材质
一个很好的例子就是木地板打蜡或刷光油，木地板是一层材质上面的光油也是一层材质
参考资料：
1.unity官方文档
https://docs.unity3d.com/2021.2/Documentation/Manual/materials-introduction.html
2.《GPU Gems 3》：真实感皮肤渲染技术总结--毛星云
https://zhuanlan.zhihu.com/p/42433792
3.Unity Shader入门精要–冯乐乐
4.TA百人计划
https://learn.u3d.cn/tutorial/technical-artist-may
