Unity Shader实现简单的各向异性渲染（采用各向异性形式的GGX分布）

目录

准备工作

        BRDF部分

        Unity部分 

代码

实现的效果

 参考

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        最近刚结束GAMES202的学习，准备慢慢过渡到GAMES103。GAMES103的作业框架为Unity，并没有接触过，因此准备先学一点Unity的使用。刚好101和202都是渲染相关的，因此先学习使用Unity的Shader。

        Unity的Shader采用了HLSL，与GLSL不同的地方挺多（写过202的作业，对GLSL印象不怎么好）。最喜欢的地方就是对于材质，它有一个面板，新建一个材质属性，可以自己方便地调节参数，不用在代码里修改。而GLSL想要使用和调节新的参数，还需要在Shader外部作修改。

        在101的作业7中，有一个附加项是自己实现Mircofacet模型，但是当时是刚接触PBR渲染不久，仅仅使用了简单的各向同性的微表面。因此这次写一次各向异性的材质来填一填前面的坑，同时适应以下Unity的Shader部分与通常操作。

        

准备工作

        要实现这个效果，需要先确定BRDF部分。

        BRDF部分

        以下为通常我们所见到的Mircofacet模型的BRDF

        

        BRDF的效果取决于位于分子的三个部分。采用各向异性的形式，上面的三个部分该如何变化呢？

        菲涅尔项F，取决于材质本身的属性，不受到表面状态的变化。比如一块铁，无论如何加工其表面，其菲涅尔项都不会发生变化。这里的我的实现采用了Schlick近似的方法来获取菲涅先项。很显然在公式中，菲涅尔项仅和折射率有关，和表面粗糙度无关。

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       法线分布函数D，这里采用各向异性形式的GGX分布函数。

        下图为GGX分布函数的各向同性形式和各向异性形式

        其中，t是切线，b是副切线，n是宏观法线，m是微观法线。αx是切线方向粗糙度，αy是副切线方向粗糙度。

       几何遮蔽函数G，这里采用了GGX模型对应的Smith遮蔽项。采用了各项异性的形式。

        Smith遮蔽项的通常形式。对于具有形状不变性的NDF，可以求出其Λ函数的解析式。因此得到Λ解析式后，代入该式子就可以求出一个方向的几何遮蔽。对于出射光和入射光分别求一次并将结果相乘就是最后的几何遮蔽项。