DisneyDiffuse解析
我们知道Unity默认的StandardShader用的漫反射是DisneyDiffuse,那么DisneyDiffuse和传统的Lambert相比究竟有什么不同呢?今天我们就来看一看:
首先Lambert公式就不多说了(n*l)
DisneyDiffuse公式是这样的:
fd90 = 0.5 + 2*ldoth * ldoth* _Roughness
disneyDiffuse = (1 + (fd90 - 1) * pow5(1 - ndotl)) * (1 + (fd90 - 1) * pow5(1 - ndotv))
首先我们看fd90(漫反射在法线和视线夹角90度的情况下的反射率)是怎么算的:
首先是0.5作为一个基础值,后面的附加值主要由两部分构成,一个是ldoth,一个是粗糙度,通过这个公式我们可以看出当光线l和半角向量h的夹角(也就是和视线的夹角)越来越小,反射率会越来越大;同时,如果粗糙度越来越大,反射率也会越来越大。
然后是disneyDiffuse的计算,主要由两个因子相乘,一个是1 + (fd90 -1)*pow5(1-ndotl),这一项其实就是算正常应该反射的强度1加上反射率超出1的部分和(1-nl)的指数运算,翻译过来就是如果fd90>1,则随着ndotl越小,这个因子的值越大。第二个因子也是一样,只是把nl换成了nv,翻译过来就是如果fd90>1,则随着ndotv越小,因子的值越大。
两个因子合并起来就是当fd90>1时,随着法线和光线的角度以及法线和视线的角度越来越大,反射率就越来越大。而fd90是根据视线和光线的角度变小而增大,综上就可以总结出DisneyDiffuse主要考虑了漫反射在当视线和光线角度比较小的时候,粗糙度大的表面会反射到更多的光到视野的现象,随着光线、视线和法线的夹角趋近90度,该现象就会越来越明显。
而兰伯特光照模型是完全没有考虑到粗糙度对于漫反射的影响,所以具体使用哪种光照模型还是看大家对于效果和效率的一个权衡。
DisneyDiffuse代码如下:
Shader "Unlit/DisneyDiffuse" { Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} _Roughness("Roughness",Range(0,1)) = 0.5 } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" } LOD 100 Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" #define PI 3.1415926 struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; float3 normal:NORMAL; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; float3 normalWS:TEXCOORD1; float3 positionWS:TEXCOORD2; }; sampler2D _MainTex; float4 _MainTex_ST; float _Roughness; v2f vert (appdata v) { v2f o; o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex); o.normalWS = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); o.positionWS = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex); return o; } float pow5(float a) { return a * a * a * a * a; } fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float3 worldNormal = normalize(i.normalWS); float3 worldViewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.positionWS)); float3 lightDir = _WorldSpaceLightPos0.xyz; float ndotl = dot(worldNormal, lightDir); float halfDir = normalize(lightDir + worldViewDir); float ndotv = dot(worldNormal, worldViewDir); float ldoth = dot(lightDir, halfDir); float fd90 = 0.5 + 2*ldoth * ldoth* _Roughness; float disneyDiffuse = (1 + (fd90 - 1) * pow5(1 - ndotl)) * (1 + (fd90 - 1) * pow5(1 - ndotv)); // sample the texture fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv)* disneyDiffuse/PI*saturate(ndotl); return col; } ENDCG } } }
效果对比如下(上面的球是兰伯特,下面的球是DisneyDiffuse,其实看起来差别没多大):