UnityShader中级篇——菲涅尔反射

本文介绍了一款基于Unity引擎的Shader,通过菲涅尔公式实现动态反射效果。该Shader结合了环境光、漫反射及菲涅尔反射,能够根据视角和表面法线的变化调整反射强度,模拟出接近真实的光学反射现象。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Unity Shaders Book/Chapter 10/Fresnel"
{
	Properties
	{
		_Color("Color Tint",Color) = (1,1,1,1)
        _FresnelScale("Fresnel Scale",Range(0,1)) = 0.5
		_Cubemap("Refraction Cubemap",Cube) = "_Skybox"{}
	}
		SubShader
	{
		Tags{ "RenderType" = "Opaque" "Queue" = "Geometry" }

		Pass
		{
			Tags{ "LightMode" = "ForwardBase" }

			CGPROGRAM
		//确保光源变量可以被正确赋值
        #pragma multi_compile_fwdbase

	    #pragma vertex vert
		#pragma fragment frag


		//包含引用的内置文件  
		 #include "Lighting.cginc"  
         #include "AutoLight.cginc"

		//声明properties中定义的属性  
	 fixed4 _Color;
	 fixed _FresnelScale;
	 //声明cubemap
	 samplerCUBE _Cubemap;

		struct a2v
	{
		float4 vertex : POSITION;
		float3 normal : NORMAL;
	};

	struct v2f
	{
		float4 pos : SV_POSITION;
		//存储世界坐标下的法线方向和顶点坐标  
		float3 worldNormal : TEXCOORD0;
		float3 worldPos : TEXCOORD1;
		float3 worldViewDir: TEXCOORD2;
		float3 worldRefl:TEXCOORD3;
		SHADOW_COORDS(4)
	};

			v2f vert (a2v v)
			{
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				o.worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(o.worldPos);
				//计算该顶点处的反射方向
				o.worldRefl = reflect(-o.worldViewDir, o.worldNormal);

				TRANSFER_SHADOW(o);

				return o;
			}
			
			fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
			{
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
			    fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
				fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);

				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;

				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));

				//利用反射方向来对立方体纹理采样
				fixed3 reflection = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefl).rgb;

				//计算菲涅尔反射
				//菲涅尔近似等式
				fixed fresnel = _FresnelScale + (1 - _FresnelScale) * pow(1 - dot(worldViewDir, worldNormal), 5);

				UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);

				//混合漫反射颜色与反射颜色
				fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, reflection, saturate(fresnel)) * atten;

				return fixed4(color, 1.0);

			}
			ENDCG
		}
	}
		Fallback"Reflective/VertexLit"
}

### UnityShader 实现尔效果 在 Unity 中通过 Shader 实现尔效果可以显著提升场景的真实感和视觉吸引力。下面提供一段基础的着色器代码来展示如何创建带有尔效应的对象。 #### 基础顶点片段着色器结构 ```csharp Shader "Custom/FresnelEffect" { Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} _FresnelColor ("Fresnel Color", Color) = (1,0.7,0.3,1) _Power ("Fresnel Power", Range(0.1,8.0)) = 1.0 } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" } Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag struct appdata_t { float4 vertex : POSITION; float3 normal : NORMAL; }; struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; float3 viewDir : TEXCOORD0; }; sampler2D _MainTex; float4 _FresnelColor; float _Power; v2f vert(appdata_t v) { v2f o; o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); // 计算视角方向向量 o.viewDir = normalize(WorldSpaceViewDir(v.vertex)); return o; } fixed4 frag(v2f i) : COLOR { half fresnelTerm = dot(i.viewDir, normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - mul(unity_ObjectToWorld, float4(0,0,0,1)).xyz)); // 应用尔方程并调整颜色强度 fresnelTerm = pow((1-fresnelTerm), _Power); // 获取纹理颜色并与尔颜色混合 fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv.xy * 0); return lerp(col,_FresnelColor,fresnelTerm); } ENDCG } } } ``` 此段代码实现了基本的尔光照模型[^2],其中`dot()`函数用于计算法线与视线之间的夹角余弦值;而`pow()`则用来控制该角度对于最终输出色彩的影响程度。此外还加入了材质属性设置部分以便于美术人员调节参数达到理想的效果。
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