使用Unity内置的函数

作者：追风剑情发布于：2016-10-27 11:43 分类：Shader

在计算光照模型的时候，我们往往需要得到光源方向、视角方向这两个基本信息。在之前的例子中，我们都是自行在代码里计算的，例如使用normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz)来得到光源方向(这种方法实际只适用于平行光)，使用normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz-i.worldPosition.xyz)来得到视角方向。但如果需要处理更复杂的光照类型，如点光源和聚光灯，我们计算光源方向的方法就是错误的。这需要我们在代码中先判断光源类型，再计算它的光源信息。

手动计算这些光源信息的过程相对比较麻烦(但并不意味着你不需要了解它们的原理)。幸运的是，Unity提供了一些内置函数来帮助我们计算这些信息。

UnityCG.cginc中一些常用的帮助函数

函数名	描述
float3 WorldSpaceViewDir(float4 v)	输入一个模型空间中的顶点位置，返回世界空间中从该点到摄像机的观察方向。内部实现使用了UnityWorldSpaceViewDir函数
float3 UnityWorldSpaceViewDir(float4 v)	输入一个世界空间中的顶点位置，返回世界空间中从该点到摄像机的观察方向
float3 ObjSpaceViewDir(float4 v)	输入一个模型空间中的顶点位置，返回模型空间中从该点到摄像机的观察方向
float3 WorldSpaceLightDir(float4 v)	仅可用于前向渲染中。输入一个模型空间中的顶点位置，返回世界空间中从该点到光源的光照方向。内部实现使用了UnityWorldSpaceLightDir函数
float3 UnityWorldSpaceLightDir(float4 v)	仅可用于前向渲染中。输入一个世界空间中的顶点位置，返回模型空间中从该点到光源的光照方向。没有被归一化
float3 ObjSpaceLightDir(float4 v)	仅可用于前向渲染中。输入一个模型空间中的顶点位置，返回模型空间中从该点到光源的光照方向。没有被归一化
float3 UnityObjectToWorldNormal(float3 norm)	把法线方向从模型空间转换到世界空间中
float3 UnityObjectToWorldDir(float3 dir)	把方向矢量从模型空间变换到世界空间中
float3 UnityWorldToObjectDir(float3 dir)	把方向矢量从世界空间变换到模型空间中

注意，类似UnityXXX的几个函数是Unity5中新添加的内置函数。这些帮助函数使得我们不需要跟各种变换矩阵、内置变量打交道，也不需要考虑各种不同的情况(例如使用了哪种光源)，而仅仅调用一个函数就可以得到需要的信息。上面的9个帮助函数中，有5个我们已经掌握了其内部实现，例如WorldSpaceViewDir函数的实现如下：

inline float3 UnityWorldSpaceViewDir(in float3 worldPos)
{
return _WorldSpaceCameraPos.xyz - worldPos;
}

可以看出，这与之前计算视角方向的方法一致。需要注意的是，这些函数都没有保证得到的方向矢量是单位矢量，因此，我们需要在使用前把它们归一化。

而计算光源方向的3个函数：WorldSpaceLightDir、UnityWorldSpaceLightDir和ObjSpaceLightDir，稍微复杂一些，这是因为，Unity帮我们处理了不同种类光源的情况。需要注意的是，这3个函数仅可用于前向渲染。这是因为只有在前向渲染时，这3个函数里使用的内置变量_WorldSpaceLightPos0等才会被正确赋值。

下面介绍使用内置函数改写Unity Shader。

v2f vert(a2v v) {
    v2f o;
    ...
    o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
    ...
    return o;
}

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
    ...
    fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
    fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
    ...
    fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos));
    ...
}

需要注意的是，由内置函数得到的方向是没有归一化的，因此我们需要使用normalize函数来对结果进行归一化，再进行光照模型的计算。

标签: Shader