UnityShader（四）基础光照

一、标准光照模型

1.1 光的散射和吸收

光线从光源中发射出来后，与物体表面相交，结果通常有两个：「散射」和「吸收」。
散射只会改变光线的方向，而不改变光线的颜色和密度。吸收则相反。光线在物体表面散射后，一种会散射到物体外部，也就是「反射」；另一种会散射到物体内部，也就是「折射」。对于不透明的物体，折射入内部的光线还会继续与物体内部颗粒相交，一部分最后又会重新发射出表面。另一部分则被物体吸收。

我们在光照模型中使用「高光反射」表示物体表面如何反射光线；使用「漫反射」表示有多少光线被折射、吸收、散射出表面。

1.2 标准光照模型

标准光照模型只关心直接光照，也就是从光源发射出来照射到物体表面后，经过物体表面的一次反射直接进入摄像机的光线。
它将进入摄像机内的光线分成了四个部分，每个部分用一种方法来计算它的贡献度。它们分别是：

• 自发光：用$c_{emissive}$表示，用于描述当给定一个方向时，一个表面本身会向该方向发射多少辐射量。如果没有使用全局光照技术，这些自发光的表面并不会真的照亮周围的物体，只是本身看起来更亮而已。
• 高光反射：用$c_{specular}$表示，用于描述当光线照射到模型表面时，该表面会在「完全镜面反射」方向散射多少辐射量。
• 漫反射：用$c_{diffuse}$表示，用于描述当光线照射到模型表面时，该表面会向每个方向散射多少辐射量。
• 环境光：用$c_{ambient}$表示，用于描述其他所有间接光照。

环境光

在标准光照模型中，环境光通常是一个全局变量$g_{ambient}$，也就是说场景中所有的物体都使用这个环境光。即
$$c_{ambient}=g_{ambient}$$

自发光

标准光照模型直接使用光源材质的自发光颜色$m_{emissive}$作为光源的自发光辐射量
$$c_{emissive}=m_{emissive}$$

漫反射

在漫反射中，视角的位置并不重要，因为反射是完全随机的，可以认为反射在任何方向上的分布都是一样的。但入射光线的角度很重要。

根据兰伯特定律：反射光线的强度与表面法线和光源之间夹角的余弦值成正比。我们假设$n$是表面法线，$l$是指向光源的单位矢量，则$cos\theta =n\cdot l$。则根据定律可得
$$c_{diffuse}=(c_{light}\cdot m_{diffuse})max(0,n\cdot l)$$
其中$m_{diffu}$