unity shader 实现phong光照模型

最新推荐文章于 2025-02-27 16:44:25 发布

Marco&GalaxyDragon

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分类专栏： Unity3D渲染文章标签： unity3d shader phong 光照模型

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/o83290102o5/article/details/113836040

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本文详细介绍了Phong光照模型的原理及在Unity Shader中的实现过程，包括环境光、漫反射、高光反射和自发光四个分量的计算。通过顶点和片元着色器的编写，展示了如何在Unity中模拟真实世界的光照效果。同时提到了Blinn-Phong模型作为Phong模型的改进。内容适合Unity开发者和图形学爱好者学习。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

phong光照模型

phong光照模型是一个经验模型，并没有理论依据，只是说“看起来能像那么回事”。
优点当然是计算量很小，因为所用的公式都很简单，而且基本只要知道一些简单的属性就可以计算，比如坐标啊，光源方向啊，法线啊、完全不用模拟单条光线的路径之类的。
缺点就是比较粗糙，而且也没有办法模拟多次反射的效果。
目前在游戏领域不是光线追踪比较火嘛，因为以前的硬件没有那么高的算力来做光线追踪，在光线追踪之前就是这个经验模型及其变体运用的最广了。
phong光照模型把光线分为四个部分处理，分别是环境光，自发光，漫反射和高光反射，最后渲染出来的结果就是这四个部分叠加起来的结果。

接下来我们在unity shader中实现这个光照模型

顶点着色器

首先从应用中获取我们需要的数据，
编写appdata结构体如下
unity shader需要声明对应的语义才会传递正确的数据
NORMAL语义代表需要法线数据

			struct appdata
            {
   
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };

phong光照模型是逐像素光照，所以我们需要在顶点着色器中准备数据，具体计算在片元着色器中进行。
我们打算在世界坐标下进行计算，所以会用到世界坐标下的法线和世界坐标下的坐标

当然还有最重要的，要把vertex转换到裁剪坐标下，这可以看成是每个着色器都需要编写的固定代码。
编写顶点着色器如下
其中UnityObjectToClipPos是把坐标从模型空间转换到裁剪空间下的宏
UnityObjectToWorldNormal是把法线从模型空间转换到世界空间下的宏
顶点的世界坐标则用矩阵左乘坐标计算，unity_ObjectToWorld是从模型空间到世界空间的变换矩阵

			 v2f vert(appdata v)
            {
   
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);

                return o;
            }

传递给顶点着色器的结构体

 			struct v2f
            {
   
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 worldNormal:TEXCOORD0;
                float3 worldPos:TEXCOORD1;
            };

环境光分量

环境光简单来说就是用于模拟一些次要光源的总和效果。
比如在现实世界中绝对黑暗的情况是很少的，就算你在房间里不开灯，外面各种各样的灯还是会多多少少透进来一点，又或者是各种外部光线的反射折射透进来，从而把房间内的物体稍稍照亮，使你能看清楚物体的轮廓。

环境光分量可以用宏定义获取，这个值是在unity编辑器内的光照窗口设定的
使用UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT获取之后乘上颜色
这是一个四维向量，包括rgb和透明度，但是我们目前还不需要计算透明度，所以使用.xyz获取这个向量的rgb分量

 float3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz *

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