本系列主要参考《Unity Shaders and Effects
Cookbook》一书（感谢原书作者），同时会加上一点个人理解或拓展。
这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源（当然你也可以从官网下载）。
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上一篇中，我们学了怎样在surface shader（这里即指surf函数）中使用自己定义的Properties变量。而在之前的学习中，我们实际上使用的都是Unity内置的Diffuse Lighting Model，即漫反射光照模型。这一次，我们将学习如何让Unity使用我们自己定义的光照模型进行渲染。
准备工作
- 使用上一篇结束时的shader代码即可。
Shader "Custom/BasicDiffuse" {
Properties {
_EmissiveColor ("Emissive Color", Color) = (1,1,1,1)
_AmbientColor ("Ambient Color", Color) = (1,1,1,1)
_MySliderValue ("This is a Slider", Range(0,10)) = 2.5
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert //We need to declare the properties variable type inside of the
//CGPROGRAM so we can access its value from the properties block.
float4 _EmissiveColor;
float4 _AmbientColor;
float _MySliderValue; struct Input
{
float2 uv_MainTex;
}; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
{
//We can then use the properties values in our shader
float4 c;
c = pow((_EmissiveColor + _AmbientColor), _MySliderValue);
o.Albedo = c.rgb;
o.Alpha = c.a;
} ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}
实现
- 将上述代码的第11行，即#pragma surface surf Lambert一行，改为如下代码：
#pragma surface surf BasicDiffuse
- 向SubShader中添加如下函数（位置需在#pragma下面）：
inline float4 LightingBasicDiffuse (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten)
{
float difLight = max(0, dot (s.Normal, lightDir));
float4 col;
col.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (difLight * atten * 2);
col.a = s.Alpha;
return col;
} - 保存，进入Unity查看编译结果。
Unity编译成功后，你会发现Material并没有什么可视化变化。因为上面仅仅是将Unity自带的Surface Lighting Model——Lambert，换成了我们自定义的光照模型——BasicDiffuse。
解释
- "#pragma surface"将直接告诉Shader使用哪个光照模型用于计算。当我们最初创建了一个Shader时，Untiy为我们指定了一个默认的光照模型即Lambert（在Lighting.cginc中定义）。因此我们一开始可以使用这个默认的模型进行渲染。而现在，我们告诉Shader，嘿，使用一个名叫BasicDiffuse的光照模型给我渲染哦！
- 为了创建一个新的光照模型，我们需要声明一个新的光照模型函数。例如上面，我们声明了BasicDiffuse，并且定义了一个函数名叫LightingBasicDiffuse，如你所见，这两者之间的关系即为Lighting<自定义的光照模型名称>。下面有三种可供选择的光照模型函数：
-
half4 LightingName (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half atten){}这个函数被用于forward rendering（正向渲染），但是不需要考虑view direction（观察角度）时。
-
half4 LightingName (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten){}这个函数被用于forward rendering（正向渲染），并且需要考虑view direction（观察角度）时。
-
half4 LightingName_PrePass (SurfaceOutput s, half4 light){}这个函数被用于需要使用defferred rendering（延迟渲染）时。
-
- 观察我们定义的光照模型函数。dot函数是一个Cg的内置数学函数，可以被用于比较空间中两个向量的方向。若两个参数向量均为单位向量（一般如此），-1表示两向量平行但方向相反，1表示两向量平行且方向相同，0表示两向量垂直。
- 为了完成光照模型函数，我们还使用了一个Unity提供的数据——类型为SurfaceOutput的变量s。我们将s.Albedo（从surf函数中输出）和_LightColor0.rgb（Unity提供）相乘，结果再乘以(difLight * atten * 2)，最后作为颜色值进行输出。
到这里，可能大家还会对LightingBasicDiffuse的代码不理解。下面再谈一下我的理解。
- 首先是参数。s是上一个surf函数的输出。
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
{
//We can then use the properties values in our shader
float4 c;
c = pow((_EmissiveColor + _AmbientColor), _MySliderValue);
o.Albedo = c.rgb;
o.Alpha = c.a;
}由上可以看出，经过surf函数，计算输出了s的Albedo（反射率）和Alpha（透明度）。
LightBasicDiffuse函数输出的将是一个surface上某一点的颜色值和透明度值。因此lightDir对应该点的光照方向。而atten表明了光线的衰减率。 - 光照模型函数中的第一行代码通过dot函数和max函数，计算到达该点的光照值（由于dot函数的两个参数都是单位向量，也可以理解成是入射光线的角度的余弦值，角度越大，余弦值越小，进入人眼的光线也就越少，物体看起来也就越暗）。由于光线有可能从相反射入，因此通过dot得到的值有可能是负数。如果不用max加以限制，之后将会得到非预期的效果，如全黑等。
- 接下来计算颜色值col。col的rgb由三个部分计算而得：第一个部分是surface本身的反射率，这很好理解，因为反射率越大，进入人眼的光线就越多，颜色也就越鲜亮；第二个是_LightColor0.rgb。_LightColor0是Unity内置变量，我们可以使用它得到场景中光源的颜色等；最后便是利用第一步中得到的光照值和衰减率的乘积。细心的童鞋可以发现，这里后面多乘了一个倍数2。按我的猜测，这里仅仅是根据需要自行修改的。例如，没有倍数2时，效果如下：
乘以倍数2后效果如下：
结束语
更多关于Surface Shader光照模型函数参数的信息，可以参见Unity官方文档。
呼呼，这次就到这里！