Lightmaping
一、基本知识点
1、Baked Only：不会传入shader，只有烘焙时才有用，也就是_LightColor0等这种变量不会表示一个Baked Only Light(前提是场景有lightmap，如果没有烘培，baked only的参数没有意义)；
（1）烘焙完以后，再将Realtime Only改为Baked Only，还是会传入shader；
（2）Baked的Light，在烘焙完后，手动改为Realtime Only，还是会传入shader。
2、Realtime Only：只有实时光照，不参与烘焙过程；
3、Auto：Unity自己判断你是烘焙的还是实时的。
二、渲染路径相关
1、VertexLit渲染路径下的光照贴图：
Vertex Pass和VertexLM* Pass，同时只会执行一种：
当场景没有lightmap时，会执行Vertex Pass；
当场景有lightmap时，烘培过的static物体会执行VertexLM* Pass，其它物体执行Vertex Pass。
注意：Always Pass还是会一直执行。
Unity默认材质，如果被烘培了，就不再受实时光照影响，也就是说Realtime Only light都直接被忽略。
可以自己写shader来实现lightmap静态物体，同时有实时光照的效果。
自发光材质，也能烘焙出光影效果，但需要标记为static，可以按照制定规范自己编写自发光材质。
2、Forward渲染路径下的光照贴图：
a.对于Unity bulit-in的shader，物体可以同时接受lightmap和realtime光照效果，
实时影响烘焙物体的light的属性：pixel、支持RealTime。
被烘培锅的光源不再对烘焙过的物体产生照明。
b.自定义shader
#pragma multi_compile_fwdbase #ifndef LIGHTMAP_OFF sampler2D unity_LightMap; float4 unity_LightMapST; #endif // lightmap的颜色 #ifndef LIGHTMAP_OFF float3 c_lm = DecodeLightmap(tex2D(unity_LightMap, i.uv2)); c_tex.rgb = c_tex.rgb * c_lm; #endif
3、Deferred渲染路径下的光照贴图：
双光照贴图默认只在Deferred模式下使用。
在Forward渲染路径下，可以使用Surface Shader来使用双光照贴图：
#pragma surface surf Lambert dualforward
三、光照贴图模式：
1、Single Lightmaps
单光照贴图只生成Far光照图。
烘焙场景时凹凸信息会丢失。
2、Dual Lightmaps
Far光照图：完全的GI光照；
Near光照图：只包含Indirect照明。
影响参数：QualitySettings.shadowDistance，物体到相机的距离。
当距离>shadowDistance时，渐变到Far贴图，没有实时光照；
当距离<shadowDistance时，渐变到Near贴图，也就是Indirect光照贴图+实时光照。
应用原理：根据distance在Far和Near两组光照贴图之间混合。
优点：既可以让我们的场景有GI照明的真实感，又可以拥有动态光源的变化。
双光照贴图可以很好地支持Specular和凹凸贴图。
3、Directional Lightmaps
color光照图：和单光照贴图的完全一样，只包含颜色信息；
scale光照图：存储灯光的方向信息。
方向不是指方向光，而是说烘焙出的贴图会保存灯光的方向信息。
四、在shader中使用lightmap的数据：
1、要使用vs/ps的shader，不使用surface shader
2、访问lightmap数据的变量：
sampler2D unity_Lightmap;
float4 unity_LightmapST;
3、unity_LightmapST在规范上来说有一个命名失误，将_ST写成了ST，所以在计算uv的时候不能这样：
o.uv1 = TRANSFORM_TEX(v.texcoord1.xy, unity_Lightmap);
因为TRANSFORM_TEX的定义为：
#define TRANSFORM_TEX(tex,name) (tex.xy * name##_ST.xy + name##_ST.zw)
那么对于lightmap需要这样做：
o.uv1 = i.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;
4、根据DecodeLightmap函数来解析lightmap颜色值，DecodeLightmap的函数定义如下，其内部处理了平台相关的问题：
// Decodes lightmaps: // - doubleLDR encoded on GLES // - RGBM encoded with range [0;8] on other platforms using surface shaders inline fixed3 DecodeLightmap(fixed4 color) { #if defined(SHADER_API_GLES) && defined(SHADER_API_MOBILE) return 2.0 * color.rgb; #else return (8.0 * color.a) * color.rgb; #endif }
那么获得Lightmap颜色的代码为：
half4 lm = tex2D(unity_Lightmap, i.lmuv.xy);
fixed3 lightmapColor = DecodeLightmap(lm);
五、shader示例
VertexLit渲染路径下支持Lightmap：
Shader "James/VP Shader/LightMap-VertexLit" { Properties { _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {} _addColor ("addColor", Color) = (1, 1, 1, 1) } SubShader { Pass { Tags { "LightMode" = "Vertex"} LOD 200 CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" sampler2D _MainTex; float4 _MainTex_ST; struct v2f { float4 pos: POSITION; float3 normal: TEXCOORD0; float2 uv: TEXCOORD1; float4 lightingColor : TEXCOORD2; }; v2f vert(appdata_base data) { v2f o; o.lightingColor.rgb = ShadeVertexLights(data.vertex, data.normal); o.lightingColor.a = 1; o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, data.vertex); o.uv = TRANSFORM_TEX(data.texcoord, _MainTex); o.normal = data.normal; return o; } float4 frag(v2f data) : COLOR { fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, data.uv); return texColor * data.lightingColor; // return float4(0, 1, 0, 1); } ENDCG } Pass { Tags { "LightMode" = "VertexLMRGBM"} LOD 200 CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _addColor; sampler2D _MainTex; float4 _MainTex_ST; sampler2D unity_Lightmap; float4 unity_LightmapST; struct v2f { float4 pos: POSITION; float3 normal: TEXCOORD0; float2 uv_tex: TEXCOORD1; float2 uv_lm: TEXCOORD2; // 实时光照成分 float3 lightingColor : TEXCOORD3; }; v2f vert(appdata_full data) { v2f o; o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, data.vertex); o.uv_tex = TRANSFORM_TEX(data.texcoord, _MainTex); o.uv_lm = data.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw; o.normal = data.normal; o.lightingColor = ShadeVertexLights(data.vertex, data.normal); return o; } float4 frag(v2f data) : COLOR { // 纹理颜色 fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, data.uv_tex); // 解码的lightmap颜色 fixed4 lm = tex2D(unity_Lightmap, data.uv_lm); fixed3 lmColor = DecodeLightmap(lm); // 纹理色 * 光照色 texColor.rgb = texColor.rgb * lmColor; return texColor * fixed4(data.lightingColor, 1); } ENDCG } } FallBack "Diffuse" }
Forward渲染路径下支持Lightmap：
Shader "James/VP Shader/LightMap-ForwardLM" { Properties { _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {} _Color ("Base Color", Color) = (1, 1, 1, 1) } SubShader { Pass { Tags { "LightMode" = "ForwardBase"} LOD 200 CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #pragma multi_compile_fwdbase #include "UnityCG.cginc" #include "Lighting.cginc" uniform float4 _Color; sampler2D _MainTex; float4 _MainTex_ST; #ifndef LIGHTMAP_OFF sampler2D unity_Lightmap; float4 unity_LightmapST; #endif struct vertOut { float4 pos: POSITION; float4 color: COLOR; float3 litDir: TEXCOORD0; float3 worldN: TEXCOORD1; float2 uv: TEXCOORD2; #ifndef LIGHTMAP_OFF float2 uv2: TEXCOORD3; #endif }; vertOut vert(appdata_full v) { // 世界坐标 float4 worldV = mul(_Object2World, v.vertex); // 世界法线 // float3 worldN = mul((float3x3)_Object2World, SCALED_NORMAL).xyz; float3 worldN = mul(_Object2World, float4(SCALED_NORMAL, 0)).xyz; float3 c = Shade4PointLights(unity_4LightPosX0, unity_4LightPosY0, unity_4LightPosZ0, unity_LightColor[0], unity_LightColor[1], unity_LightColor[2], unity_LightColor[3], unity_4LightAtten0, worldV.xyz, worldN); vertOut o; o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.litDir = WorldSpaceLightDir(v.vertex); o.worldN = worldN; // 4盏点光源的光照 o.color = float4(c, 1.0) * _Color; o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord.xy, _MainTex); #ifndef LIGHTMAP_OFF o.uv2 = (v.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw); #endif return o; } float4 frag(vertOut i) : COLOR { // 1个主光的光照 float4 c = max(0.0, dot(i.worldN, normalize(i.litDir))) * _LightColor0 * _Color; // 纹理颜色 float4 c_tex = tex2D(_MainTex, i.uv); #ifndef LIGHTMAP_OFF float3 c_lm = DecodeLightmap(tex2D(unity_Lightmap, i.uv2)); c_tex.rgb *= c_lm; #endif return c + c_tex + i.color; } ENDCG } Pass { Tags { "LightMode" = "ForwardAdd"} LOD 200 Blend One One CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" #include "Lighting.cginc" uniform float4 _Color; struct vertOut { float4 pos : SV_POSITION; float3 litDir : TEXCOORD0; float3 worldN : TEXCOORD1; float atten : TEXCOORD2; }; vertOut vert(appdata_base v) { float3 worldN = mul(_Object2World, float4(SCALED_NORMAL, 0)).xyz; vertOut o; o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.litDir = WorldSpaceLightDir(v.vertex); o.worldN = worldN; float dist = length(o.litDir); // 根据_WorldSpaceLightPos0.w来判断是方向光还是点光源 o.atten = 1 / (1 + dist * dist * _WorldSpaceLightPos0.w); return o; } float4 frag(vertOut i) : COLOR { float4 c = _LightColor0 * _Color * max(0.0, dot(i.worldN, normalize(i.litDir))) * i.atten; return c; } ENDCG } } FallBack "Diffuse" }
