Unity Shader学习2：光源漫反射 - 兰伯特光照模型 - ShaderForge

        接下来一段时间的TA学习会专注在庄懂老师的课程上，一节课整合为一篇文章，主要为课程理论笔记、Unity实操、作业完成 三个部分。
        本次为第一节课程的记录，讲解了兰伯特光照模型的数学原理，以及初步使用ShaderForge来实现该模型。作业为一个二分效果的实现。

参考：
（1）庄懂的技术美术入门课-01
（2）ShaderForge官方文档

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一、课程理论笔记

1. 兰伯特

        众所周知，点积能求出向量间的投影：
                如果两个向量同向，点积结果>0 ，
                俩向量垂直，没有投影 点积=0 ，
                俩向量方向相反，点击结果<0。

        所以我们可以想象一下，现在有一个物体和一个光源，该物体上的每个法向量（nDir），与光线向量相反的向量（lDir）进行点积，（看图），将结果进行归一化 该模型上的每个点就都能得到一个数值，并且都在范围[ -1 , 1 ] 之间。[ 0 , 1]对应明度关系中的黑到白，对于<0的值，毕竟也没有比黑色更黑的颜色了，所以索性就将负数全部也改为0，而这个步骤用表达式即为 Max（0，nDir · lDir） ,这就是兰伯特光照模型。

当时我有一个小疑问，难道不是明暗交界线才是最黑的吗？其实这是因为暗面有反光的关系才使得明暗交界线是最黑的，所以如果想要渲染出这种效果，就需要添加一个“反光”的光线（再加个物体上去提供一个有反光的条件即可）。

2. 半兰伯特

        兰伯特的结果对于美术来说暗部会太闷，所以为了能够使画面更加通透，就有了半兰伯特模型，而半兰伯特其实就是将一开始得到的[ -1 , 1 ]范围映射到[ 0 , 1 ]中，这样从亮到暗变化的节奏就会变缓一倍，这就是半兰伯特。而做这一步，只需要将[ -1 , 1 ]中的每个值，*0.5，再+0.5。

3. 渐变纹理

       为了能够给模型贴上渐变纹理，我们需要把这个黑白关系映射为有色彩倾向的，这个只要我们自己备一个喜欢的渐变色图片即可。之后，我们就需要利用 uv坐标（一个以u为横坐标，v为纵坐标的坐标系），这个坐标的作用就是用来给我们的贴图定位的，告诉我们材质上的每个像素应该定位于模型的哪个点上。此时用前面计算的黑白关系作为该材质的u轴，然后任意取一个常量a作为v轴，之后模型上任意明暗的像素颜色就会在a上找到。

        注意这个图片渐变的方向！！！！！可以看到，这个选的渐变色本身的黑白关系是与调子方向是对应的，这样去渲染，最后物体该暗的地方颜色也就是暗的；但是如果我们把这个材质图进行翻转，最后的呈现效果也会完全相反，本该被照得最亮的地方映射的反而是暗色，而暗部是亮色。

        那么如果是旋转90°呢？大家有想过吗~

二、课程实践操作

        最重要的就是知道想要完成的操作如何用对应的数学公式实现即可，也就是弄懂ShaderForge中右键后这些菜单栏对应的操作：

1. 兰伯特

模型表面法向量：Geometry Data - Normal Dir
光照的反向量：Lighting - Light Direction
点乘：Vector Operations - Dot Product

(可以再添加一个将数据钳制在0-1区间的操作：Arithmetic - Clamp 0-1 )

2. 半兰伯特

乘：Arithmetic - Multiply  ，加：Arithmetic - Add
常数：Constant Vector - Value

3. 渐变纹理

将调子和一个常量合并为一个二维向量（形成uv坐标）：Vector Operations - Append
材质图：直接拖入

三、作业布置与讲评

1. 作业布置

2. 我的作业

        ① 二分：

        ② 再添加描边后就是很卡通的形象啦：

3. 老师讲评

① 可以学一下老师的布局，有模块又节省空间，还有一些能复用的数据可以使用同一节点
② 纹理图的过度卡得太死，可以稍微软一点，卡硬即可，别卡死
③ 可以在同一阶中添加一点变化玩出花样
④ 解答了我的疑惑：为什么我做的草莓模型叶子上那块被果肉挡住的那个位置是亮的！因为这个模型是没有考虑投影的
⑤ 描边暂时不是很顺滑，是需要后处理抗锯齿的，暂不处理
⑥ 大家都太卷了啊啊啊太超纲了吧！！！有些是选择用简单模型做复杂效果，有些是课程内容做复杂模型。另外只是通过修改材质图的画法，也能玩出很多很特别的效果！
       
⑦ 金属材质不适合用兰伯特模型，因为金属材质镜面反射比较严重，高光是会随着视角变的

下一篇再讲同学作业的具体实现~