Shader中的光照模型（五）

【本系列文章系学习 唐福幸《Unity ShaderLab 新手宝典》的笔记，包含个人理解，如有错误欢迎批评指出

一句话总结
当场景中存在大量远处的物体需要光照渲染时（观察者和灯光离被照射物体非常远时），使用Blinn-Phong可以提高计算效率（待验证）

6.6 Blinn-Phong光照模型

在一些情况下，Phong模型要计算反射向量，计算效率会偏高，Jim Blinn对Phong光照模型进行改进：不再使用反射向量r计算，而是使用半角向量h代替r，视角方向v替换成法线向量n

计算公式为：
C_Specular = (C_light · M_Specular)saturate(n · h)^M

• C_Specular：物体的镜面反射颜色
• C_light：灯光亮度
• M_Specular：物体材质的镜面反射颜色
• n：法线向量
• h：半角向量：h=normalize(v+l)
• M：物体材质的光泽度

Shader "Chapter6/BlinnPhong"
{
    Properties
    {
        _MainCol ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)

        _SpecularColor("Specular Color",Color) = (0,0,0,0)
        _Shininess("Shininess",Range(1,100)) = 1
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"
            #include "UnityLightingCommon.cginc"

            struct v2f
            {
                float4 posi : SV_POSITION;//用于保存裁切空间位置信息
                float3 normal : TEXCOORD0;//传递法线向量信息
                float4 vertex : TEXCOORD1;//传递顶点信息
                //fixed4 diff : COLOR0;//也可以不要这个属性（会报警告），后面直接return，保留是因为便于理解改动
            };

            fixed4 _MainCol;
            fixed4 _SpecularColor;//控制高光颜色
            half _Shininess;//物体材质光泽度

            v2f vert (appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.posi = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.normal = v.normal;//获取世界空间法线向量需要的模型空间法线向量
                o.vertex = v.vertex;//后面计算反射需要用到的顶点信息
                return o;//将上面获取到的信息传递给逐像素光照
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                //获取世界空间法线向量
                float3 n = UnityObjectToWorldNormal(i.normal);

                //世界空间灯光方向向量
                fixed3 L = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);

                //计算漫反射
                fixed ndotl = dot(n,L);
                fixed4 refCol = _LightColor0 * _MainCol * saturate(ndotl);

                //计算镜面反射
                视角方向
                fixed3 view = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.vertex));
                光线反射方向，由于参数需要灯光指向顶点的方向，_WorldSpaceLightPos0得到顶点指向灯光方向，所以需要-1 * L
                float3 h = normalize(view + L);//修改部分
                公式
                fixed vr = saturate(dot(h,n));//修改部分
                fixed4 Cspe = _LightColor0 * _SpecularColor * pow(vr,_Shininess);

                return unity_AmbientSky + refCol + Cspe;
                //i.diff = unity_AmbientSky + refCol + Cspe;
                //return i.diff;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

效果对比

当观察者和灯光离被照射物体非常远时，Blinn-Phong的计算效率要高于Phong，因为当两者很远的时候h可以被认为是常量，跟位置以及表面的曲率没关系，因此大大减少计算量。