在前向渲染中处理不同的光源类型

作者：追风剑情发布于：2017-10-20 21:34 分类：Shader
示例
工程结构
LightShader.shader文件
// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced '_World2Object' with 'unity_WorldToObject'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Custom/LightShader" {
	Properties {
		_MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
		_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
		_Specular ("Specular", Color) = (1,1,1,1)
		_Gloss ("Specular Power", Range(0, 30)) = 1
	}
	SubShader {
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
		LOD 200
		Pass {
			Tags {"LightMode"="ForwardBase"}

			CGPROGRAM
			//multi_compile_fwdbase可以保证我们在Shader中使用光照衰减等光照变量可以被正确赋值。
			#pragma multi_compile_fwdbase
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"
			#include "Lighting.cginc"
			#include "Autolight.cginc"

			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed4 _Color;
			fixed4 _Specular;
			float _Gloss;

			struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				//Unity会将模型的第一组纹理坐标存储到该变量中
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};

			struct v2f {
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPosition : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
			};

			v2f vert(a2v v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				//o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);
				//Unity5中可用UnityObjectToWorldNormal()函数得到o.worldNormal
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				o.worldPosition = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				o.uv = v.texcoord.xy*_MainTex_ST.xy+_MainTex_ST.zw;
				//或者调用Unity内建的函数计算o.uv
				//o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				return o;
			}

			fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {

				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPosition));
				fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPosition));
				fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);

				//这里我们希望环境光、自发光只被处理一次,所以在ForwardBase中处理
				//环境光
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				//如果场景中包含多个平行光,Unity会选择最亮的平行光传递给Base Pass进行逐像素处理，
				//其他平行光会按照逐顶点或在Additional Pass中按逐像素的方式处理。
				//如果场景中没平行光，那么Bass Pass会当成全黑的光源处理。

				//每一个光源有5个属性: 位置、方向、颜色、强度、衰减
				//对于Base Pass来说，它处理的逐像素光源类型一定是平行光。
				//我们可以使用_WorldSpaceLightPos0来得到这个平行光的方向(位置对平行光来说没有意义),
				//使用_LightColor0来和到它的颜色和强度(_LightColor0已经是颜色和强度相乘后的结果),
				//由于平行光可以认为是没有衰减的，因此这里我们直接令衰减值为1.0

				//用纹理颜色作为漫反射颜色
				fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color;
				//漫反射光
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				//高光
				fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);
				//衰减值
				fixed atten = 1.0;

				return fixed4(ambient + (diffuse + specular) * atten, 1.0);
			}
			ENDCG
		}

		Pass {
			//通常来说,Additional Pass的光照处理和Base Pass的处理方式是一样的，
			//因此我们只需要把Base Pass的顶点和片元着色器代码粘贴到Additional Pass中，
			//然后再稍微修改一下即可。这些修改往往是为了去掉Base Pass中环境光、自发光、
			//逐顶点光照、SH光照部分，并添加一些对不同光源类型的支持。因此，在Additional Pass
			//的片元着色器中，我们没有再计算场景中的环境光。由于Additional Pass处理的光源类型
			//可能是平行光、点光源、聚光灯，因此在计算光源的5个属性(位置、方向、颜色、强度、衰减)时，
			//颜色和强度我们仍然可以使用_LightColor0来得到，但对于位置、方向和衰减属性，我们就需要
			//根据光源类型分别计算。
			//为场景中其他逐像素光源定义Additional Pass
			Tags { "LightMode"="ForwardAdd" }

			//我们希望Additional Pass计算得到的光照结果可以在帧缓存中与之前
			//的光照结果进行叠加,如果没有使用Blend命令的话,Additional Pass会直接
			//覆盖掉之前的光照结果。
			//也可以使用其他的混合方式,如Blend SrcAlpha One等
			Blend One One

			CGPROGRAM
			//multi_compile_fwdadd指令可以保证我们在Additional Pass中访问到正确的光照变量
			#pragma multi_compile_fwdadd
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"
			#include "Lighting.cginc"
			#include "Autolight.cginc"

			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed4 _Color;
			fixed4 _Specular;
			float _Gloss;

			struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				//Unity会将模型的第一组纹理坐标存储到该变量中
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};

			struct v2f {
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPosition : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
			};

			v2f vert(a2v v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				//o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				o.worldPosition = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				//o.uv = v.texcoord.xy*_MainTex_ST.xy+_MainTex_ST.zw;
				//或者调用Unity内建的函数计算o.uv
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				return o;
			}

			fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {

				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPosition));

				//-----处理不同光源的方向-----//
				#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
					//平行光
					//_WorldSpaceLightPos0.xyz表示的是光源方向
					fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
				#else
					//点光源 或 聚光灯
					//_WorldSpaceLightPos0.xyz表示的是光源在世界空间中的位置
					fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPosition.xyz);
				#endif

				fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);

				//-----处理不同光源的衰减-----//
				#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
					fixed atten = 1.0;//衰减值
				#else
					float3 lightCoord = mul(_LightMatrix0, float4(i.worldPosition, 1)).xyz;
					//尽管我们可以使用数学表达式来计算给定点相对于点光源或聚光灯的衰减，
					//但这些计算往往涉及开根号、除法等计算量相对较大的操作，因此Unity选择了使用一张纹理作为
					//查找表(Lookup Table, LUT)，以在片元着色器中得到光源的衰减。我们首先得到光源空间下的坐标，
					//然后使用该坐标对衰减纹理进行采样得到衰减值。
					fixed atten = tex2D(_LightTexture0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
				#endif

				//用纹理颜色作为漫反射颜色
				fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color;
				//漫反射光
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				//高光
				fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);

				return fixed4((diffuse + specular) * atten, 1.0);
			}
			ENDCG
		}
	}
	FallBack "Diffuse"
}
效果