这篇主要总结unity中shaderlab的着色器代码实现总结,需要有一定和shaderlab基础;
分顶点着色器和片元着色器,对应渲染管线的顶点变换和片元着色阶段;
最简单的顶点片元着色器:
shader "myshader/vertexfragmentshader"{ properties{ _maincolor("maincolor",color) = (1,1,1,1) } subshader { tags { "rendertype" = "opaque" } pass { cgprogram #pragma vertex vert #pragma fragment frag float4 _maincolor; float4 vert(float4 v:position) :sv_position { return unityobjecttoclippos(v); } fixed4 frag () : sv_target { return _maincolor; } endcg } }}
将顶点和片元着色器再进行一层封装;
通过表面函数控制反射率,光滑度,透明度等;
通过光照函数选择要使用的光照模型;
表面着色器提供了便利,但是也降低了自由度;
表面着色器能实现的,顶点片元着色器都可以实现,但顶点片元着色器的可操作性更高,性能也更好;
简单的表面着色器:
shader "myshader/surfaceshader"{ subshader { tags { "rendertype"="opaque" } cgprogram //表面着色器,使用lambert光照 #pragma surface surf lambert struct input { float4 color :color; }; void surf(input in,inout surfaceoutput o) { o.albedo = 1; } endcg } fallback "diffu"}
已基本弃用不分析了;
在顶点着色器计算光照;顶点数目比片元少,计算量也少,通过线性插值得到每个像素的光照;
所以非线性光照计算时会出错——高光(后面会写);
v2f vert(a2v v) {v2f o;//顶点变换到裁剪空间o.pos = unityobjecttoclippos(v.vertex); //环境光fixed3 ambient = unity_lightmodel_ambient.xyz; //世界空间下法线fixed3 worldnormal = normalize(mul(v.normal,unity_worldtoobject)); //世界空间下光照方向fixed3 worldlight = normalize(_worldspacelightpos0.xyz); //点成光照和法线得出漫反射方向,satruate取区间0-1;fixed3 diffu = _lightcolor0.rgb * _diffu.rgb * saturate(dot(worldnormal, worldlight)); //环境光+漫反射o.color = ambient + diffu;return o;}
在片元着色器计算光照;根据每个片元的法线计算光照;效果好计算量大,也叫phong插值;
v2f vert(a2v v) {v2f o;//顶点变换到裁剪空间o.pos = unityobjecttoclippos(v.vertex);//传递世界坐标法线到片元着色器o.worldnormal = mul(v.normal,unity_worldtoobject);return o;}fixed4 frag(v2f v) :sv_target{//环境光fixed3 ambient = unity_lightmodel_ambient.xyz;//归一化世界法线fixed3 worldnormal = normalize(v.worldnormal);//归一化世界空间下光照方向fixed3 worldlight = normalize(_worldspacelightpos0.xyz);//求漫反射fixed3 diffu = _lightcolor0.rgb * _diffu.rgb * saturate(dot(worldnormal, worldlight));//相加环境光和漫反射fixed3 color = ambient + diffu;return fixed4(color,1.0);}
这也是lambert光照模型的算法;
v社做半条命使用一个标准,计算漫反射时候结果+0,5;这样对暗部有很大的优化;
//halflambertparmafixed halflambert = dot(worldnormal, worldlight) * 0.5 + 0.5;//使用halflambert计算漫反射fixed3 diffu = _lightcolor0.rgb * _diffu.rgb * halflambert;
上面说的逐顶点计算光照对非线性光照会有错误;
高光由反射导致,和观察方向、光线方向有关;具体关系参考;
在顶点着色器函数中添加:
//根据法线和光线方向用reflect方法计算反射方向fixed3 reflectdir = normalize(reflect(-worldlight, worldnormal));//计算观察方向,摄像机位置-顶点位置(要求同在世界坐标系下)fixed3 viewdir = normalize(_worldspacecamerapos.xyz - mul(unity_obj五年级下册复习资料ecttoworld, v.vertex).xyz);//phong光照模型中高光计算公式,_specular颜色,_gloss粗糙度,_lightcolor0系统参数光照颜色fixed3 specular = _lightcolor0.rgb * _specular.rgb * pow(saturate(dot(reflectdir, viewdir)), _gloss);o.color = ambient + diffu + specular;
将逐顶点高光代码发放在片元着色器中执行;
上面逐顶点和逐像素高光都是使用phong光照模型;
求高光的时候使用reflect函数计算反射向量,计算比较大;
bline-phong使用(光线方向+观察方向)来替代反射向量;
//世界光线方向和观察方向中间方向;fixed3 halfdir = normalize(worldlight + viewdir);//使用halfdir来计算高光fixed3 specular = _lightcolor0.rgb * _specular.rgb * pow(max(0, dot(worldnormal, halfdir)), _gloss);fixed3 color = ambient + diffu + specular;
使用纹理取样替代纯色,在片元着色器中对纹理贴图取样,修改像素颜色;
_maintexture_st 控制贴图的缩放和偏移(scale,translate);
v2f vert(a2v v){//uv传递给片元着色器,可以使用宏命令transform_texo.uv = v.texcoord.xy * _maintexture_st.xy + _maintexture_st.zw;//o.uv = transform_tex(v.texcoord,_maintexture);}fixed4 farg(v2f v) :sv_target{ //纹理取样,表面颜色-纹素fixed3 albedo = tex2d(_maintexture, v.uv).rgb * _color.rgb;//环境光*表面颜色fixed3 ambient = unity_lightmodel_ambient.xyz *albedo;fixed halflambert = dot(worldnormal, worldlight) * 0.5 + 0.5;//漫反射*表面颜色fixed3 diffu = _lightcolor0.rgb * albedo.rgb * halflambert;}
法线计算两种方式:
将光线和观察向量变换到切线空间计算;
将切线空间下法线变换到世界空间计算;
切线空间计算由于矩阵变换在顶点着色器,计算少效率高;
由于认知,或者有其他需求我们也会在世界空间计算法线;
– 法线纹理切线空间计算
v2f vert(a2v v) {v2f o;o.pos = unityobjecttoclippos(v.vertex);o.uv.xy = v.texcoord.xy * _maintexture_st.xy + _maintexture_st.zw;//o.uv = transform_tex(v.texcoord,_maintexture);o.uv.zw = transform_tex(v.texcoord,_bumpmap);//宏定义,求世界空间——切线空间变换矩阵rotationtangent_space_rotation;o.lightdir = mul(rotation,objspacelightdir(v.vertex)).xyz;o.viewdir = mul(rotation,objspaceviewdir(v.vertex)).xyz;return o;}fixed4 frag(v2f v) :sv_target{//切线空间-光线方向fixed3 tangentlightdir = normalize(v.lightdir); //切线空间-观察方向 fixed3 tangentviewdir = normalize(v.viewdir);//法线贴图格式为normalmap,使用unpacknormal解压,取样得到切线空间下法线fixed3 tangentnormal = unpacknormal(tex2d(_bumpmap,v.uv.zw));//法线缩放tangentnormal.xy *= _bumpscale;//法线贴图压缩方法,z值可以计算得出,勾股定理,以下是简化后公式tangentnormal.z 史前时期= sqrt(1.0-saturate(dot(tangentnormal.xy,tangentnormal.xy))); ...//漫反射高光计算都使用tangentnormal}
– 法线纹理世界空间计算
v2f vert(a2v v) {v2f o;o.pos = unityobjecttoclippos(v.vertex);//减少寄存器使用,xy记录主纹理uv,zw记录法线uvo.uv.xy = v.texcoord.xy * _maintexture_st.xy + _maintexture_st.zw;o.uv.zw = transform_tex(v.texcoord,_bumpmap);//求世界空间下法线、切线、副切线float3 worldpos = mul(unity_objecttoworld,v.vertex).xyz;fixed3 worldnormal = unityobjecttoworldnormal(v.normal);fixed3 worldtangent = unityobjecttoworlddir(v.tangent.xyz);fixed3 worldbinnormal = cross(worldnormal,worldtangent)*v.tangent.w;//法线、切线、副切线构成切线空间变换矩阵,w值trick利用存储世界坐标系顶点坐标o.ttow0 = float4(worldtangent.x,worldbinnormal.x,worldnormal.x,worldpos.x);o.ttow1 = float4(worldtangent.y,worldbinnormal.y,worldnormal.y,worldpos.y);o.ttow2 = float4(worldtangent.z,worldbinnormal.z,worldnormal.z,worldpos.z);return o;}fixed4 frag(v2f v) :sv_target{ ... //法线贴图格式为normalmap,使用unpacknormal解压,取样得到切线空间法线fixed3 tangentnormal = unpacknormal( tex2d(_bumpmap,v.uv.zw)); //法线缩放tangentnormal.xy *= _bumpscale; //法线贴图压缩方法,z值可以计算得出,勾股定理,以下是简化后公式tangentnormal.z = sqrt(1.0-saturate(dot(tangentnormal.xy,tangentnormal.xy))); //矩阵变换求出世界空间法线tangentnormal = normalize(half3(dot(v.ttow0.xyz,tangentnormal),dot(v.ttow1.xyz,tangentnormal),dot(v.ttow2.xyz,tangentnormal))); ...//漫反射高光计算都使用tangentnormal}
以上漫反射颜色都是光线颜色,或者光线颜色混合表面纹素颜色;
有时候漫反射的颜色要根据反射角大小有不同的变化,比如卡通渲染;
这就需要使用渐变纹理ramptexture;
//顶点着色器转化ramptex的uv fixed4 frag (v2f i) : sv_target{ fixed halflambert = 0.5 * dot(worldnormal,worldlightdir)+0.5; //根据halflambert反射方向取样ramptex纹素fixed3 diffucolor = tex2d(_ramptex, fixed2(halflambert, halflambert)).rgb*_col平均数问题or.rgb;fixed3 diffu = _lightcolor0.rgb * diffucolor; }
三种不同的ramp纹理:
有些部位高光效果太强,人为的希望有些部位暗一些等,可以用到遮罩纹理mask;
片元着色器中添加:
//反射方向fixed3 halfdir = normalize(tangentlightdir + tangentviewdir);//uv取样高光遮罩纹理*高光范围fixed3 specularmask = tex2d(_specularmask,i.uv).r *_specularscale;//高光结果混合遮罩纹理fixed3 specular = _lightcolor0.rgb * _specular.rgb * pow(max(0,dot(tangentnormal,halfdir)),_gloss) * specularmask;
效果对比:
alphatest只决定画不画,不做颜色混合,给定一个阈值_cutoff,透明度小于这个值都不画;
透明测试需要关闭背面裁剪,以及加上透明测试三套件;
tags { “queue”=”alphatest” “ignoreprojector”=”true” “rendertype”=”transparent”}
//渲染队列,忽略投影器,渲染类型tags { "queue"="alphatest" "ignoreprojector"="true" "rendertype"="transparent"} //关闭裁剪cull offpass{... fixed4 frag (v2f i) : sv_t将进酒原文带拼音arget{ ... //alpha值小于_cutoff的都不画 clip(texcolor.a - _cutoff); ... }...}
修改culloff值大小的效果:
alphablend透明混合要关闭深度写入,否则会被剔除;
同时要选择混合模式,多种混合模式有点像ps里的透明图层叠加;
//三套件tags { "queue"="transparent" "ignoreprojector"="true" "rendertype"="transparent"} pass{//关闭深度吸入,打开深度测试,选择颜色混合模式tags{"lightmode"="forwardba"} zwrite off blend srcalpha oneminussrcalpha ... fixed4 frag (v2f i) : sv_target{ ... //返回着色是,加上透明度 return fixed4(ambient +diffu,texcolor.a*_alphascale); } }
模型复杂的时候会有自己遮挡自己的问题;用双pass解决,第一个pass提前做好深度写入且只做深度入;
pass{ zwrite on colormask 0 //rgba任意|,选择需要写入的通道,只做深度缓冲,0不输出颜色}
同一个透明物体,我需要需要从正面看到透明物体的背面;
使用两个pass;一个cull front,一个cull back;
背面和正面分开画,先画背面,用正面和背面混合;
unity光源分为垂直光,点光源,锥形射光灯,面光源和探照灯都是烘焙后生效的不讨论;
unity中普通forwad前向渲染,没多一个灯光要加一个pass单独处理;
deffer延迟渲染,多个灯光也指渲染一次,有个g-buffer存储了图像,在g-buffer上处理光照;
点光源,锥形射光灯——光线方向由光源到顶点的方向;光线的衰减值也不同;
unity系统提供的点光源和锥形射光灯的光线衰减纹理图,减少了计算;
tags{"lightmode" = "forwardadd"}#pragma multi_compile_fwdadd#include "lighting.cginc"#include "autolight.cginc"fixed4 frag (v2f i) : sv_target{ fixed3 worldnormal = normalize(i.worldnormal); //deal with different light,get worldlightdir; #ifdef using_directional_light fixed3 worldlightdir = normalize(_worldspacelightpos0.xyz); fixed atten = 1.0; #el fixed3 worldlightdir = normalize(_worldspacelightpos0.xyz - i.worldpos.xyz); //get light attenuation #if defined (point) float3 lightcoord = mul(unity_worldtolight, float4(i.worldpos, 1)).xyz; fixed atten = tex2d(_lighttexture0, dot(lightcoord, lightcoord).rr).unity_atten_channel; #elif defined (spot) float4 lightcoord = mul(unity_worldtolight, float4(i.worldpos, 1)); fixed atten = (lightcoord.z > 0) * tex2d(_lighttexture0, lightcoord.xy / lightcoord.w + 0.5).w * tex2d(_lighttextureb0, dot(lightcoord, lightcoord).rr).unity_atten_channel; #el fixed atten = 1.0; #endif #endif ... return fixed4((diffu+specular)*atten,1.0);}
untiy中meshrender组件上有两个选项:
castshadows——是否投射阴影,以及双面投射;
receive shadows——接受其他物体投射的阴影;
要求v2f中顶点坐标变量名必须是pos;
带阴影的shader必须fallback一个带lightmode被设置为shadowcaster的pass;
当然也可以自己实现这个pass;
tags { "lightmode"="forwardba" }cgprogram#pragma multi_compile_fwdba#include "lighting.cginc"#include "autolight.cginc"struct v2f{ float4 pos : sv_position; shadow_coords(2)};v2f vert (appdata v){ v2f o; o.pos = unityobjecttoclippos(v.vertex); transfer_shadow(o); return o;}fixed4 frag (v2f i) : sv_target{fixed atten = 1.0;fixed shadow = shadow_attenuation(i);return fixed4((ambient+ diffu + specular)*atten*shadow,1.0);}
castshadows——改成two sides即可;
life is too short for so much sorrow.
到此这篇关于unity基于shaderlab实现光照系统的文章就介绍到这了,更多相关unity光照系统内容请搜索www.887551.com以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持www.887551.com!
本文发布于:2023-04-04 10:15:27,感谢您对本站的认可!
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