领域驱动设计实战--战略建模

原创于 2025-11-02 20:44:27 发布 · 338 阅读

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上彩适九模型原理与特点

Kajiya-Kay模型是一种专门用于模拟头发、毛发等纤维状材质各向异性高光的光照模型，其核心特点是用切线方向替代传统法线方向计算高光反射。该模型具有以下特性：

?切线空间计算?：使用切线向量(Tangent)或副切线(Bitangent)替代法线向量，通过TdotH = dot(tangent, halfVector)计算高光强度，再转换为TsinH = sqrt(1 - TdotH2)实现条状高光效果。

?双层高光特性?：主高光(Primary Specular)靠近发梢，次高光(Secondary Specular)靠近发根且带有彩色偏移，模拟Marschner模型的散射特性。

?切线偏移技术?：通过噪声贴图扰动切线方向(ShiftTangent函数)，增强高光的动态变化和真实感。

URP中的BRDF结构

在Unity URP中，BRDF通常基于Cook-Torrance微表面模型，包含

三个核心组件：

?D项法线分布函数?：描述微表面法线的分布，常用GGX模型。

?F项菲涅尔项?：使用Schlick近似计算反射光强。

?G项几何遮蔽项?：采用Smith联合阴影函数，结合光方向和视线方向的遮蔽效果。

URP中的BRDF数据通常包含以下字段：

csharp

struct BRDF {

float3 diffuse;// 材料身颜色

float3 specular;// 材料本身的高光颜色

float roughness;// 粗糙度

float perceptualRoughness;// 感知粗糙度

float fresnel;// 材料本身菲涅尔反射颜色

}

Kajiya-Kay与BRDF的整合方法

要将Kajiya-Kay模型融入URP的BRDF框架，需要进行以下

关键处理：

?切线空间转换?：

使用TBN矩阵(切线-副切线-法线矩阵)将标准BRDF计算转换到切线空间

在顶点着色器中计算并传递切线空间向量

?高光项替换?：

用Kajiya-Kay的D_KajiyaKay函数替换标准BRDF中的D项

保持F项和G项不变，或根据需要进行调整

?双层高光实现?：

主高光使用原始切线方向计算

次高光使用偏移后的切线方向计算，并赋予不同颜色

完整实现代码

以下是Kajiya-Kay BRDF在URP Shader中的完整实现框架：

hlsl

// 1. 计算偏移后的切线方向

float3 ShiftTangent(float3 T, float3 N, float shift) {

return normalize(T + N * shift);

}

// 2. Kajiya-Kay高光计算

float D_KajiyaKay(float3 T, float3 H, float shininess) {

float TdotH = dot(T, H);

float sinTH = sqrt(1.0 - TdotH * TdotH);

return pow(sinTH, shininess);

}

// 3. BRDF整合计算

void Lighting_KajiyaKay(

SurfaceData surface,

inout Light light,

inout BRDFData brdf,

inout float3 specular)

{

// 切线空间转换

float3 T = surface.tangent;

float3 B = cross(surface.normal, T) * surface.tangent.w;

float3 N = surface.normal;

// 计算主高光

float3 H = normalize(light.dir + viewDir);

float3 T_shifted = ShiftTangent(T, N, _ShiftAmount1);

float3 H_shifted = normalize(light.dir + viewDir);

// 计算次高光

float3 T_shifted2 = ShiftTangent(T, N, _ShiftAmount2);

float3 H_shifted2 = normalize(light.dir + viewDir);

// 计算高光项

float specular1 = D_KajiyaKay(T_shifted, H_shifted, _Shininess1);

float specular2 = D_KajiyaKay(T_shifted2, H_shifted2, _Shininess2);

// 组合结果

specular = _SpecColor1 * specular1 + _SpecColor2 * specular2;

// 标准BRDF漫反射部分

brdf.diffuse = surface.color * (1.0 - _Metallic);

brdf.specular = lerp(0.04, surface.color, _Metallic);

brdf.roughness = _Roughness;

}

实现要点说明

?纹理需求?：

基础色贴图(Albedo)

各向异性噪声贴图(控制高光扰动)

半透明通道(Alpha贴图)

?优化技巧?：

利用URP内置函数SafeNormalize和NormalizeNormalPerPixel提升计算稳定性

副切线(Bitangent)通过cross(N, T) * tangent.w正确生成，避免UV方向错误

?参数设置?：

_ShiftAmount1/2：控制主次高光的切线偏移量

_Shininess1/2：控制主次高光的锐利程度

_SpecColor1/2：设置主次高光的颜色

该实现通过将Kajiya-Kay模型的核心计算融入URP的标准BRDF框架，既保持了PBR工作流的兼容性，又实现了纤维材质特有的各向异性高光效果

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

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