鸟语天空

统一管理光照衰减和阴影

作者：追风剑情 发布于：2017-11-25 22:06 分类：Shader

在Cube上挂上以下Shader

// Upgrade NOTE: replaced '_LightMatrix0' with 'unity_WorldToLight'

Shader "Custom/LightShader" {
	Properties {
		_MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
		_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
		_Specular ("Specular", Color) = (1,1,1,1)
		_Gloss ("Specular Power", Range(0, 30)) = 1
	}
	SubShader {
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
		LOD 200
		Pass {
			Tags {"LightMode"="ForwardBase"}
 
			CGPROGRAM
			//multi_compile_fwdbase可以保证我们在Shader中使用光照衰减等光照变量可以被正确赋值。
			#pragma multi_compile_fwdbase
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"
			#include "Lighting.cginc"
			//计算阴影所用到的宏都在Autolight.cginc文件中
			#include "Autolight.cginc"
 
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed4 _Color;
			fixed4 _Specular;
			float _Gloss;
 
			struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				//Unity会将模型的第一组纹理坐标存储到该变量中
				float4 texcoord : TEXCOORD0;//阴影宏中要用到texcoord
			};
 
			struct v2f {
				//注意: 结构体中定义的某些成员变量名称要与所用宏中写的名字一致
				float4 pos : SV_POSITION;//阴影宏中要用到pos
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPosition : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
				//这个宏的作用很简单,就是声明一个用于对阴影纹理采样的坐标。
				//需要注意的是,这个宏的参数需要是下一个可用的插值寄存器的索引值
				SHADOW_COORDS(3)
			};
 
			v2f vert(a2v v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				//o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);
				//Unity5中可用UnityObjectToWorldNormal()函数得到o.worldNormal
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				o.worldPosition = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				o.uv = v.texcoord.xy*_MainTex_ST.xy+_MainTex_ST.zw;
				//或者调用Unity内建的函数计算o.uv
				//o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);

				//在顶点着色器返回之前添加这个宏.
				//这个宏用于在顶点着色器中计算上一步中声明的阴影纹理坐标
				TRANSFER_SHADOW(o);
				return o;
			}
 
			fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
 
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPosition));
				fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPosition));
				fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);
 
				//这里我们希望环境光、自发光只被处理一次,所以在ForwardBase中处理
				//环境光
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				//如果场景中包含多个平行光,Unity会选择最亮的平行光传递给Base Pass进行逐像素处理，
				//其他平行光会按照逐顶点或在Additional Pass中按逐像素的方式处理。
				//如果场景中没平行光，那么Bass Pass会当成全黑的光源处理。
 
				//每一个光源有5个属性: 位置、方向、颜色、强度、衰减
				//对于Base Pass来说，它处理的逐像素光源类型一定是平行光。
				//我们可以使用_WorldSpaceLightPos0来得到这个平行光的方向(位置对平行光来说没有意义),
				//使用_LightColor0来和到它的颜色和强度(_LightColor0已经是颜色和强度相乘后的结果),
				//由于平行光可以认为是没有衰减的，因此这里我们直接令衰减值为1.0

				//用纹理颜色作为漫反射颜色
				fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color;
				//漫反射光
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				//高光
				fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);

				//利用UNITY_LIGHT_ATTENUATION宏来同时计算光照衰减和阴影
				//这个宏内部会帮我们声明atten变量
				UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPosition)
				//此时的atten值已经是光照衰减值与阴影值相乘后的值
				return fixed4(ambient + (diffuse + specular) * atten, 1.0);
			}
			ENDCG
		}
 
		Pass {
			//通常来说,Additional Pass的光照处理和Base Pass的处理方式是一样的，
			//因此我们只需要把Base Pass的顶点和片元着色器代码粘贴到Additional Pass中，
			//然后再稍微修改一下即可。这些修改往往是为了去掉Base Pass中环境光、自发光、
			//逐顶点光照、SH光照部分，并添加一些对不同光源类型的支持。因此，在Additional Pass
			//的片元着色器中，我们没有再计算场景中的环境光。由于Additional Pass处理的光源类型
			//可能是平行光、点光源、聚光灯，因此在计算光源的5个属性(位置、方向、颜色、强度、衰减)时，
			//颜色和强度我们仍然可以使用_LightColor0来得到，但对于位置、方向和衰减属性，我们就需要
			//根据光源类型分别计算。
			//为场景中其他逐像素光源定义Additional Pass
			//Additional Pass的阴影处理和Base Pass是一样的。
			Tags { "LightMode"="ForwardAdd" }
 
			//我们希望Additional Pass计算得到的光照结果可以在帧缓存中与之前
			//的光照结果进行叠加,如果没有使用Blend命令的话,Additional Pass会直接
			//覆盖掉之前的光照结果。
			//也可以使用其他的混合方式,如Blend SrcAlpha One等
			Blend One One
 
			CGPROGRAM
			//multi_compile_fwdadd指令可以保证我们在Additional Pass中访问到正确的光照变量
			//#pragma multi_compile_fwdadd
			//如果希望在Additional Pass中添加阴影效果,就需要使用multi_compile_fwdadd_fullshadows编译指令代替multi_compile_fwdadd
			#pragma multi_compile_fwdadd_fullshadows
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"
			#include "Lighting.cginc"
			#include "Autolight.cginc"
 
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed4 _Color;
			fixed4 _Specular;
			float _Gloss;
 
			struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				//Unity会将模型的第一组纹理坐标存储到该变量中
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};
 
			struct v2f {
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPosition : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
				SHADOW_COORDS(3)
			};
 
			v2f vert(a2v v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				//o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject);
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				o.worldPosition = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				//o.uv = v.texcoord.xy*_MainTex_ST.xy+_MainTex_ST.zw;
				//或者调用Unity内建的函数计算o.uv
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				TRANSFER_SHADOW(o);
				return o;
			}
 
			fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
 
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPosition));
 
				//-----处理不同光源的方向-----//
				#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
					//平行光
					//_WorldSpaceLightPos0.xyz表示的是光源方向
					fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
				#else
					//点光源 或 聚光灯
					//_WorldSpaceLightPos0.xyz表示的是光源在世界空间中的位置
					fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPosition.xyz);
				#endif
 
				fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);
 
				//用纹理颜色作为漫反射颜色
				fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color;
				//漫反射光
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				//高光
				fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);

				//利用UNITY_LIGHT_ATTENUATION宏来同时计算光照衰减和阴影
				//这个宏内部会帮我们声明atten变量
				UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPosition)
				//此时的atten值已经是光照衰减值与阴影值相乘后的值

				return fixed4((diffuse + specular) * atten, 1.0);
			}
			ENDCG
		}

		/*
		Pass {
			//如果FallBack Off, Unity将无法从上层找到投射阴影的Pass
			//我们可以自己实现投射阴影的Pass
			Name "ShadowCaster"
			Tags { "LightMode" = "ShadowCaster" }

			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#pragma multi_compile_shadowcaster
			#include "UnityCG.cginc"

			struct v2f {
				V2F_SHADOW_CASTER;
			};

			v2f vert( appdata_base v )
			{
				v2f o;
				TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o)
				return o;
			}

			float4 frag( v2f i ) : SV_Target
			{
				SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i)
			}
			ENDCG
		}*/
	}
	FallBack Off //"Specular"
}

效果

在AutoLight.cginc中可以找到UNITY_LIGHT_ATTENUATION宏的声明

#define UNITY_LIGHT_ATTENUATION(destName, input, worldPos) \
    unityShadowCoord4 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, unityShadowCoord4(worldPos, 1)); \
    fixed shadow = UNITY_SHADOW_ATTENUATION(input, worldPos); \
    fixed destName = (lightCoord.z > 0) * UnitySpotCookie(lightCoord) * UnitySpotAttenuate(lightCoord.xyz) * shadow;
#endif

#ifdef DIRECTIONAL
    #define UNITY_LIGHT_ATTENUATION(destName, input, worldPos) fixed destName = UNITY_SHADOW_ATTENUATION(input, worldPos);
#endif

#ifdef POINT_COOKIE
samplerCUBE _LightTexture0;
unityShadowCoord4x4 unity_WorldToLight;
sampler2D _LightTextureB0;
#define UNITY_LIGHT_ATTENUATION(destName, input, worldPos) \
    unityShadowCoord3 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, unityShadowCoord4(worldPos, 1)).xyz; \
    fixed shadow = UNITY_SHADOW_ATTENUATION(input, worldPos); \
    fixed destName = tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL * texCUBE(_LightTexture0, lightCoord).w * shadow;
#endif

#ifdef DIRECTIONAL_COOKIE
sampler2D _LightTexture0;
unityShadowCoord4x4 unity_WorldToLight;
#define UNITY_LIGHT_ATTENUATION(destName, input, worldPos) \
    unityShadowCoord2 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, unityShadowCoord4(worldPos, 1)).xy; \
    fixed shadow = UNITY_SHADOW_ATTENUATION(input, worldPos); \
    fixed destName = tex2D(_LightTexture0, lightCoord).w * shadow;
#endif

标签: Shader