Unity系列文章目录
文章目录
- Unity系列文章目录
- 前言
- 一、实践
- 参考
前言
遮罩纹理（mask texture）是本章要介绍的最后一种纹理，它非常有用，在很多商业游戏中
都可以见到它的身影。那么什么是遮罩呢？简单来讲，遮罩允许我们可以保护某些区域，使它们
免于某些修改。例如，在之前的实现中，我们都是把高光反射应用到模型表面的所有地方，即所
有的像素都使用同样大小的高光强度和高光指数。但有时，我们希望模型表面某些区域的反光强
烈一些，而某些区域弱一些。为了得到更加细腻的效果，我们就可以使用一张遮罩纹理来控制光
照。另一种常见的应用是在制作地形材质时需要混合多张图片，例如表现草地的纹理、表现石子
的纹理、表现裸露土地的纹理等，使用遮罩纹理可以控制如何混合这些纹理。
使用遮罩纹理的流程一般是：通过采样得到遮罩纹理的纹素值，然后使用其中某个（或某几
个）通道的值（例如texel.r）来与某种表面属性进行相乘，这样，当该通道的值为0 时，可以保
护表面不受该属性的影响。总而言之，使用遮罩纹理可以让美术人员更加精准（像素级别）地控
制模型表面的各种性质。
一、实践
在本节中，我们将学习如何使用一张高光遮罩纹理，逐像素地控制模型表面的高光反射强度。
图17.20 显示了只包含漫反射、未使用遮罩的高光反射和使用遮罩的高光反射的对比效果。
▲图7.20 使用高光遮罩纹理。从左到右：只包含漫反射，未使用遮罩的高光反射，使用遮罩的高光反射
我们使用的遮罩纹理如图7.21 所示。可以看出，遮罩纹理可以让我们更加精细地控制光照细
节，得到更细腻的效果。
为了在Unity Shader 中实现上述效果，我们需要进行如下准备工作。
（1）在Unity 中新建一个场景。在本书资源中，该场景
名为Scene_7_4。在Unity 5.2 中，默认情况下场景将包含一
个摄像机和一个平行光，并且使用了内置的天空盒子。在
Window -> Lighting -> Skybox 中去掉场景中的天空盒子。
（2）新建一个材质。在本书资源中，该材质名为
MaskTextureMat。
（3）新建一个Unity Shader。在本书资源中，该Unity
Shader 名为Chapter7-MaskTexture。把新的Unity Shader
赋给第2 步中创建的材质。
（4）在场景中创建一个胶囊体，并把第2 步中的材质
赋给该胶囊体。
（5）保存场景。
打开新建的Chapter7-MaskTexture，删除所有已有代码，并进行如下修改：
（ 1）首先，我们需要为这个 Shader 起一个名字：
Sh ader “Unity Shaders Book/Chapter 7/Mask Texture” {
（ 2）我们需要在 Properties 语义块中声明更多的变量来控制高光反射：
Properties {
_Color (“Color Tint”, Color) = (1,1,1,1)
_MainTex (“Main Tex”, 2D) = “white” {}
_BumpMap (“Normal Map”, 2D) = “bump” {}
_BumpScale(“Bump Scale”, Float) = 1.0
_SpecularMask (“Specular Mask”, 2D) = “white” {}
_SpecularScale (“Specular Scale”, Float) = 1.0
_Specular (“Specular”, Color) = (1, 1, 1, 1)
_Gloss (“Gloss”, Range(8.0, 256)) = 20
}
上面属性中的_SpecularMask 即是我们需要使用的高光反射遮罩纹理，_SpecularScale 则是用
于控制遮罩影响度的系数。
（3）然后，我们在SubShader 语义块中定义了一个Pass 语义块，并在Pass 的第一行指明了该
Pass 的光照模式：
SubShader {
Pass {
Tags { “LightMode”=“ForwardBase” }
LightMode 标签是Pass 标签中的一种，它用于定义该Pass 在Unity 的光照流水线中的角色。
（4）然后，我们使用CGPROGRAM 和ENDCG 来包围住Cg 代码片，以定义最重要的顶点着
色器和片元着色器代码。我们使用#pragma 指令来告诉Unity，我们定义的顶点着色器和片元着色
器叫什么名字。在本例中，它们的名字分别是vert 和frag：
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
（5）为了使用Unity 内置的一些变量，如_LightColor0，还需要包含进Unity 的内置文件
Lighting.cginc：
#include “Lighting.cginc”
（6）随后，我们需要定义和Properties 中各个属性类型相匹配的变量：
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
sampler2D _BumpMap;
float _BumpScale;
sampler2D _SpecularMask;
float _SpecularScale;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
我们为主纹理_MainTex、法线纹理_BumpMap 和遮罩纹理_SpecularMask 定义了它们共同使
用的纹理属性变量_MainTex_ST。这意味着，在材质面板中修改主纹理的平铺系数和偏移系数会
同时影响3 个纹理的采样。使用这种方式可以让我们节省需要存储的纹理坐标数目，如果我们为
每一个纹理都使用一个单独的属性变量TextureName_ST，那么随着使用的纹理数目的增加，我们
会迅速占满顶点着色器中可以使用的插值寄存器。而很多时候，我们不需要对纹理进行平铺和位
移操作，或者很多纹理可以使用同一种平铺和位移操作，此时我们就可以对这些纹理使用同一个
变换后的纹理坐标进行采样。
（ 7）定义顶点着色器的输入和输出结构体：
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 tangent : TANGENT;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 lightDir: TEXCOORD1;
float3 viewDir : TEXCOORD2;
};
（8）在顶点着色器中，我们对光照方向和视角方向进行了坐标空间的变换，把它们从模型空
间变换到了切线空间中，以便在片元着色器中和法线进行光照运算：
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.uv.xy = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
TANGENT_SPACE_ROTATION;
o.lightDir = mul(rotation, ObjSpaceLightDir(v.vertex)).xyz;
o.viewDir = mul(rotation, ObjSpaceViewDir(v.vertex)).xyz;
return o;
}
（9）使用遮罩纹理的地方是片元着色器。我们使用它来控制模型表面的高光反射强度：
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
fixed3 tangentLightDir = normalize(i.lightDir);
fixed3 tangentViewDir = normalize(i.viewDir);
fixed3 tangentNormal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, i.uv));
tangentNormal.xy *= _BumpScale;
tangentNormal.z = sqrt(1.0 - saturate(dot(tangentNormal.xy, tangentNormal.xy)));
fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color.rgb;
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(tangentNormal, tangentLightDir));
fixed3 halfDir = normalize(tangentLightDir + tangentViewDir);
// Get the mask value
fixed specularMask = tex2D(_SpecularMask, i.uv).r * _SpecularScale;
// Compute specular term with the specular mask
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(tangentNormal,
halfDir)), _Gloss) * specularMask;
return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);
}
环境光照和漫反射光照和之前使用过的代码完全一样。在计算高光反射时，我们首先对遮罩
纹理_SpecularMask 进行采样。由于本书使用的遮罩纹理中每个纹素的rgb 分量其实都是一样的，
表明了该点对应的高光反射强度，在这里我们选择使用r 分量来计算掩码值。然后，我们用得到
的掩码值和_SpecularScale 相乘，一起来控制高光反射的强度。
需要说明的是，我们使用的这张遮罩纹理其实有很多空间被浪费了—它的rgb 分量存储的
都是同一个值。在实际的游戏制作中，我们往往会充分利用遮罩纹理中的每一个颜色通道来存储
不同的表面属性，我们会在7.4.2 节中介绍这样一个例子。
（10）最后，我们为该Unity Shader 设置了合适的Fallback：
Fallback “Specular”
7.4.2 其他遮罩纹理
在真实的游戏制作过程中，遮罩纹理已经不止限于保护某些区域使它们免于某些修改，而是
可以存储任何我们希望逐像素控制的表面属性。通常，我们会充分利用一张纹理的RGBA 四个通
道，用于存储不同的属性。例如，我们可以把高光反射的强度存储在R 通道，把边缘光照的强度
存储在G 通道，把高光反射的指数部分存储在B 通道，最后把自发光强度存储在A 通道。
在游戏《DOTA 2》的开发中，开发人员为每个模型使用了4 张纹理：一张用于定义模型颜色，
一张用于定义表面法线，另外两张则都是遮罩纹理。这样，两张遮罩纹理提供了共8 种额外的表
面属性，这使得游戏中的人物材质*度很强，可以支持很多高级的模型属性。读者可以在他们
的官网上找到关于《DOTA 2》的更加详细的制作资料，包括游戏中的人物模型、纹理以及制作手
册等。这是非常好的学习资料。
参考
Unity Shader入门精要
冯乐乐