目錄

一、本節(jié)介紹

1 上集回顧

2 本節(jié)介紹

二、什么是漫反射材質(zhì)球

三、 漫反射進(jìn)化史

1 三種算法結(jié)果的區(qū)別

2 具體算法

2.1?蘭伯特逐頂點(diǎn)算法

a.本小節(jié)使用的unity自帶結(jié)構(gòu)體。

b.蘭伯特逐頂點(diǎn)算法公式

c.代碼實(shí)現(xiàn)——蘭伯特逐頂點(diǎn)算法

2.2 代碼實(shí)現(xiàn)——蘭伯特逐像素算法

a.像素和頂點(diǎn)算法的區(qū)別

b.實(shí)現(xiàn)代碼

?2.3?代碼實(shí)現(xiàn)——半蘭伯特算法

a.為什么會出現(xiàn)半蘭伯特

b.半蘭伯特公式

c.代碼實(shí)現(xiàn)

四、下集介紹

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一、本節(jié)介紹

1 上集回顧

本集講了如何讓圖片和外部顏色疊加顯示。

2 本節(jié)介紹

如何做一個漫反射材質(zhì)球。

二、什么是漫反射材質(zhì)球

1 之前的顏色材質(zhì)球

我們目前只學(xué)過直接上色的材質(zhì)球（如圖1所示），還有上節(jié)課的顏色和圖片疊加的材質(zhì)球。

2 現(xiàn)實(shí)的光照下的球

現(xiàn)實(shí)光照下的大部分材質(zhì)球并不是純色且全亮的，而是（如圖2所示）。

?這種模擬大部分現(xiàn)實(shí)世界物體發(fā)光的狀態(tài)，就是漫反射材質(zhì)球。

備注：

反射有兩種：鏡面反射和漫反射。像鏡子的反光，非常光滑的物體反光（比如金屬），屬于鏡面反射，其他大部分是漫反射。具體區(qū)別詳見初中物理~自己百度哦o(*￣︶￣*)o

三、 漫反射進(jìn)化史

我們算到最后，對屏幕來說，僅僅想知道，我這個點(diǎn)應(yīng)該用什么顏色。

所以，對這個顏色的計算出現(xiàn)了三種解法。

• 蘭伯特逐頂點(diǎn)算法
• 蘭伯特逐像素算法
• 半蘭伯特算法

備注：蘭伯特是個人，他和別人一起研究出來了以上三個定律。

1 三種算法結(jié)果的區(qū)別

蘭伯特逐頂點(diǎn)算法（白色和黑色交界處有些方塊塊的感覺、照不到的地方全黑）

蘭伯特逐像素算法（白色和黑色交界處平滑過渡、照不到的地方全黑）

半蘭伯特算法（白色和黑色交界處平滑過渡、照不到的地方不是全黑）

內(nèi)容參考（侵權(quán)立刪）：

Unity Shader 漫反射（Lambert、Half Lambert） - 知乎

2 具體算法

2.1?蘭伯特逐頂點(diǎn)算法

a.本小節(jié)使用的unity自帶結(jié)構(gòu)體。

struct appdata_full {float4 vertex : POSITION;    //頂點(diǎn)坐標(biāo)float4 tangent : TANGENT;    //切線float3 normal : NORMAL;      //法線float4 texcoord : TEXCOORD0;    //第一紋理坐標(biāo)float4 texcoord1 : TEXCOORD1;//第二紋理坐標(biāo)float4 texcoord2 : TEXCOORD2;//第三紋理坐標(biāo)float4 texcoord3 : TEXCOORD3;//第四紋理坐標(biāo)fixed4 color : COLOR;        //頂點(diǎn)顏色UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID    //ID信息
};

b.蘭伯特逐頂點(diǎn)算法公式

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公式解釋：

屏幕上對應(yīng)點(diǎn)的顏色 = （光的顏色*物體的顏色）*max（0，該點(diǎn)的法向量*該點(diǎn)的光照方向）

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備注（max函數(shù)解釋）：

max(a,b)，如果這里面a大，答案就是a

如果b大，答案就是b。

例：

max(5,20)=20

max(8,-9)=8

此處的作用：

因?yàn)轭伾珱]有負(fù)數(shù)，如果n*l算出來小于0的時候，就直接為0，其他時候就是n*l的值。

其實(shí)就是起一個“一刀切”掉負(fù)數(shù)的作用。

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得出結(jié)論：我們想計算漫反射的時候屏幕顯示什么顏色，我們需要光的顏色、物體的顏色、該點(diǎn)的法向量（單位向量）、該點(diǎn)的光照方向（單位向量）。

備注：公式里的字母上帶^就是單位向量的意思。

c.代碼實(shí)現(xiàn)——蘭伯特逐頂點(diǎn)算法

計算注意事項(xiàng)：

在計算n*l時，注意：該點(diǎn)的法向量（往往直接獲取的是物體本地坐標(biāo)），該點(diǎn)的光照方向（往往獲取的是世界坐標(biāo)）

這樣是不能乘的，所以需要把他們都換算到一個坐標(biāo)系，這里換算到世界坐標(biāo)下。

會用到的方法：

UnityObjectToWorldNormal()     //把物體的法線坐標(biāo)，換算到世界坐標(biāo)下
normalize()                    //把任何一個向量變成單位向量
dot()                          //點(diǎn)乘
max()                          //上文講過_WorldSpaceLightPos0           //世界坐標(biāo)下的光線坐標(biāo)//但是要引用#include "Lighting.cginc"才能找到

?實(shí)現(xiàn)的代碼：

 SubShader{Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"//新的引用#include "Lighting.cginc"//返回結(jié)構(gòu)體        //引用結(jié)構(gòu)體appdata_full vert (appdata_full v){    //模型頂點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)屏幕坐標(biāo)v.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//獲取法線坐標(biāo)并轉(zhuǎn)換成世界坐標(biāo)下的法線坐標(biāo)float3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);//世界坐標(biāo)下的光線坐標(biāo)  //單位化坐標(biāo)   //獲取世界坐標(biāo)下的光線坐標(biāo)float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//上面的公式float3 diffuse =_LightColor0.rgb * v.color.rgb * max(0,dot(worldNormal,worldLight));//算出的值給顏色v.color = float4(diffuse,1);return v;}float4 frag (appdata_full v) : SV_Target{    //輸出顏色    return float4(v.color,1) ;}ENDCG}}

2.2 代碼實(shí)現(xiàn)——蘭伯特逐像素算法

a.像素和頂點(diǎn)算法的區(qū)別

• 從寫法角度來看，頂點(diǎn)算法是在頂點(diǎn)著色器中寫的，像素算法是在片元著色器中寫的。
• 從原理角度來說，因?yàn)轫旤c(diǎn)是初始值，經(jīng)過一系列計算后，數(shù)據(jù)就會和我們想要的有些偏差。

例：讓你拿筆寫一個字，你可能就寫了，但是讓你拿竹竿上面綁個中性筆寫字，你就寫不準(zhǔn)了，肯定是離畫出來的地方越近，畫出來越是自己想要的。

結(jié)論：像素著色器離最后的顯示比較近，所以出來的結(jié)果和我們想要的更一致。

b.實(shí)現(xiàn)代碼

Shader "Unlit/005_1"
{SubShader{Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"appdata_full vert (appdata_full v){   v.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//把法線轉(zhuǎn)換成世界坐標(biāo)，傳進(jìn)去v.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);return v;}float4 frag (appdata_full v) : SV_Target{//法線世界坐標(biāo)float3 worldNormal = v.normal;//光線世界坐標(biāo)float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//計算顏色float3 diffuse =_LightColor0.rgb * v.color.rgb * max(0,dot(worldNormal,worldLight));//把顏色傳進(jìn)去return float4(diffuse,1) ;}ENDCG}}
}

?2.3?代碼實(shí)現(xiàn)——半蘭伯特算法

a.為什么會出現(xiàn)半蘭伯特

蘭伯特的兩個算法，得到的球，在沒有光線照射的時候都是黑色的，但玩游戲的時候往往希望，雖然光線無法照到，但我們可以看見。

數(shù)學(xué)知識：公式中的n*l值的范圍是【-1,1】之間，我們希望把這個區(qū)間改成【0,1】（前面的課學(xué)過），【-1,1】*0.5+0.5，就可以轉(zhuǎn)成【0,1】，0的時候就是之前光照模型中黑色部分，越靠近1越亮。

因?yàn)槲覀儗?shí)際上并不是需要它看不見，只是需要它要明暗變化，所以我們在環(huán)境光的基礎(chǔ)上加上蘭伯特公式計算出的值，就有了明暗變化。

于是就出現(xiàn)了第三種，半蘭伯特。

b.半蘭伯特公式

在上圖基礎(chǔ)上：

最終顏色??= 環(huán)境光+Cdiffuse

c.代碼實(shí)現(xiàn)

這里其他代碼都沒有變，只更改了上圖0.5的部分。最后輸出前，再加入環(huán)境光。

備注：

獲取環(huán)境光強(qiáng)度的方法：UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz

Shader "Unlit/005_2"
{SubShader{Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"appdata_full vert (appdata_full v){v.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);v.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);return v;}float4 frag (appdata_full v) : SV_Target{float3 worldNormal = v.normal;float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//本節(jié)變動//獲取環(huán)境光float3 anbient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;//計算范圍float halfLamient = dot(worldNormal,worldLight)*0.5+0.5;//計算反射強(qiáng)度float3 diffuse =_LightColor0.rgb * v.color.rgb *halfLamient;//反射光加光照強(qiáng)度float3 c = anbient + diffuse;return float4(c,1) ;}ENDCG}}
}

四、下集介紹

本集講了3種計算反射光的方法。

下集講光照計算，高光反射。（最晚更新日期，1月7日）