Shader 中的光源

1、Shader 开发中常用的光源属性

Unity当中一共支持四种光源类型：

• 平行光（Directional）
• 点光源（Point）
• 聚光灯（Spot）
• 面光源（Area）— 面光源仅在烘焙时有用

不管光源类型到底是什么，我们在Shader开发当中经常会使用到的光源相关属性有：
位置、方向、颜色、强度、衰减
也就是说我们在Shader中处理光照效果时，经常会用到这些光的属性参与到计算当中

2、对比平行光、点光源、聚光灯

2.1 平行光

充当角色：太阳
照射范围：无限制
特点：

1. 它不存在固定的位置
2. 它的重要属性只有方向（可以通过Transform的Rotation属性来改变方向）
3. 它到场景中所有点的方向都是一样的
4. 由于它没有位置，因此它没有衰减的概念（光的强度不会随着距离而发生变化

2.2 点光源

充当角色：灯泡、烛光 等
照射范围：有限
特点：

1. 它的光是由一个点发出的，向四面八方延伸的光
2. 它的范围由参数Range来决定
3. 它的位置由Transform中的Position来决定
4. 它存在衰减，随着物体离点光源距离决定衰减强弱

2.3 聚光灯

充当角色：探照灯、手电筒 等
照射范围：有限
特点：

1. 它的光范围由空间中的一块锥形区域定义
2. 它的范围由参数Range和Spot Angle 共同决定
3. 它的位置由Transform中的Position来决定
4. 它存在衰减，随着物体离聚光灯距离决定衰减强弱。

但是它相对点光源衰减计算公式更复杂，因为需要点是否在锥形范围内

3、判断光源类型

Unity中提供了三个重要的宏，分别是：

• _DIRECTIONAL_LIGHT - 平行光
• _POINT_LIGHT - 点光源
• _SPOT_LIGHT - 聚光灯

#if defined(_DIRECTIONAL_LIGHT)
    平行光逻辑
#elif defined (_POINT_LIGHT)
    点光源逻辑
#elif defined (_SPOT_LIGHT)
    聚光灯逻辑
#else
    其他逻辑
#endif

4、光照衰减

光照衰减通常指的是在渲染过程中考虑光线在空间中传播时的减弱效应，比如：任何光源的光照亮度会随着物体离光源的距离增加而迅速衰减。一般常见的光照衰减计算方式有

1. 线性衰减：光强度与距离成线性关系。即光照衰减与光源到被照射表面的距离成正比。
2. 平方衰减：光强度与距离的平方成反比。这种模型更符合现实世界中光照的特性，因为光在空间中的传播过程中通常会遵循平方衰减规律。

4.1 Unity中的光照衰减

Unity中为了提升性能，我们一般不会直接通过数学公式计算光照衰减，而是使用一张纹理作为查找表（LUT, lookup table） 在片元着色器中计算逐像素光照的衰减

Unity Shader中有一个内置的纹理类型的变量 _LightTexture0，该纹理中存储了衰减值相关的数据，Unity 内部预先就计算好了相关数据 并存入到该纹理中，避免重复计算，提升性能表现
其中它的对角线上的纹理颜色值，表明了光源空间中不同位置的点对应的衰减值
纹理中的对角线，起点(0, 0) 位置，表示和光源重合的点的衰减值；终点（1,1) 位置，表示在光源空间中离光源距离最远的点的衰减值

一般我们直接从 _LightTexture0 中进行纹理采样后，利用其中的 UNITY_ATTEN_CHANNEL 宏来得到衰减值所在的分量：

tex2D(_LightTexture0, 对应纹理uv坐标).UNITY_ATTEN_CHANNEL

注意：如果光源存在cookie，也就是灯光遮罩，那么衰减查找纹理便是 _LightTextureB0

4.2 光源空间变换矩阵

Unity Shader中 内置的 光源空间变换矩阵是用于将世界空间下的位置转换到光源空间下（光源位置为原点）

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