目录
一、本节介绍
1 上集回顾
本集讲了如何让图片和外部颜色叠加显示。
2 本节介绍
如何做一个漫反射材质球。
二、什么是漫反射材质球
1 之前的颜色材质球
我们目前只学过直接上色的材质球（如图1所示），还有上节课的颜色和图片叠加的材质球。
2 现实的光照下的球
现实光照下的大部分材质球并不是纯色且全亮的，而是（如图2所示）。
这种模拟大部分现实世界物体发光的状态，就是漫反射材质球。
备注：
反射有两种：镜面反射和漫反射。像镜子的反光，非常光滑的物体反光（比如金属），属于镜面反射，其他大部分是漫反射。具体区别详见初中物理~自己百度哦o(*￣︶￣*)o
三、 漫反射进化史
我们算到最后，对屏幕来说，仅仅想知道，我这个点应该用什么颜色。
所以，对这个颜色的计算出现了三种解法。
- 兰伯特逐顶点算法
- 兰伯特逐像素算法
- 半兰伯特算法
备注：兰伯特是个人，他和别人一起研究出来了以上三个定律。
1 三种算法结果的区别
兰伯特逐顶点算法（白色和黑色交界处有些方块块的感觉、照不到的地方全黑）
兰伯特逐像素算法（白色和黑色交界处平滑过渡、照不到的地方全黑）
半兰伯特算法（白色和黑色交界处平滑过渡、照不到的地方不是全黑）
内容参考（侵权立删）：
Unity Shader 漫反射（Lambert、Half Lambert） - 知乎
2 具体算法
2.1 兰伯特逐顶点算法
a.本小节使用的unity自带结构体。
struct appdata_full {
float4 vertex : POSITION; //顶点坐标
float4 tangent : TANGENT; //切线
float3 normal : NORMAL; //法线
float4 texcoord : TEXCOORD0; //第一纹理坐标
float4 texcoord1 : TEXCOORD1;//第二纹理坐标
float4 texcoord2 : TEXCOORD2;//第三纹理坐标
float4 texcoord3 : TEXCOORD3;//第四纹理坐标
fixed4 color : COLOR; //顶点颜色
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID //ID信息
};b.兰伯特逐顶点算法公式
公式解释：
屏幕上对应点的颜色 = （光的颜色*物体的颜色）*max（0，该点的法向量*该点的光照方向）
备注（max函数解释）：
max(a,b)，如果这里面a大，答案就是a
如果b大，答案就是b。
例：
max(5,20)=20
max(8,-9)=8
此处的作用：
因为颜色没有负数，如果n*l算出来小于0的时候，就直接为0，其他时候就是n*l的值。
其实就是起一个“一刀切”掉负数的作用。
得出结论：我们想计算漫反射的时候屏幕显示什么颜色，我们需要光的颜色、物体的颜色、该点的法向量（单位向量）、该点的光照方向（单位向量）。
备注：公式里的字母上带^就是单位向量的意思。
c.代码实现——兰伯特逐顶点算法
计算注意事项：
在计算n*l时，注意：该点的法向量（往往直接获取的是物体本地坐标），该点的光照方向（往往获取的是世界坐标）
这样是不能乘的，所以需要把他们都换算到一个坐标系，这里换算到世界坐标下。
会用到的方法：
UnityObjectToWorldNormal() //把物体的法线坐标，换算到世界坐标下
normalize() //把任何一个向量变成单位向量
dot() //点乘
max() //上文讲过
_WorldSpaceLightPos0 //世界坐标下的光线坐标
//但是要引用#include "Lighting.cginc"才能找到实现的代码：
SubShader
{
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
//新的引用
#include "Lighting.cginc"
//返回结构体 //引用结构体
appdata_full vert (appdata_full v)
{
//模型顶点坐标转屏幕坐标
v.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//获取法线坐标并转换成世界坐标下的法线坐标
float3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
//世界坐标下的光线坐标 //单位化坐标 //获取世界坐标下的光线坐标
float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
//上面的公式
float3 diffuse =_LightColor0.rgb * v.color.rgb * max(0,dot(worldNormal,worldLight));
//算出的值给颜色
v.color = float4(diffuse,1);
return v;
}
float4 frag (appdata_full v) : SV_Target
{
//输出颜色
return float4(v.color,1) ;
}
ENDCG
}
}2.2 代码实现——兰伯特逐像素算法
a.像素和顶点算法的区别
- 从写法角度来看，顶点算法是在顶点着色器中写的，像素算法是在片元着色器中写的。
- 从原理角度来说，因为顶点是初始值，经过一系列计算后，数据就会和我们想要的有些偏差。
例：让你拿笔写一个字，你可能就写了，但是让你拿竹竿上面绑个中性笔写字，你就写不准了，肯定是离画出来的地方越近，画出来越是自己想要的。
结论：像素着色器离最后的显示比较近，所以出来的结果和我们想要的更一致。
b.实现代码
Shader "Unlit/005_1"
{
SubShader
{
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
appdata_full vert (appdata_full v)
{
v.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//把法线转换成世界坐标，传进去
v.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return v;
}
float4 frag (appdata_full v) : SV_Target
{
//法线世界坐标
float3 worldNormal = v.normal;
//光线世界坐标
float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
//计算颜色
float3 diffuse =_LightColor0.rgb * v.color.rgb * max(0,dot(worldNormal,worldLight));
//把颜色传进去
return float4(diffuse,1) ;
}
ENDCG
}
}
}
2.3 代码实现——半兰伯特算法
a.为什么会出现半兰伯特
兰伯特的两个算法，得到的球，在没有光线照射的时候都是黑色的，但玩游戏的时候往往希望，虽然光线无法照到，但我们可以看见。
数学知识：公式中的n*l值的范围是【-1,1】之间，我们希望把这个区间改成【0,1】（前面的课学过），【-1,1】*0.5+0.5，就可以转成【0,1】，0的时候就是之前光照模型中黑色部分，越靠近1越亮。
因为我们实际上并不是需要它看不见，只是需要它要明暗变化，所以我们在环境光的基础上加上兰伯特公式计算出的值，就有了明暗变化。
于是就出现了第三种，半兰伯特。
b.半兰伯特公式
在上图基础上：
最终颜色 = 环境光+Cdiffuse
c.代码实现
这里其他代码都没有变，只更改了上图0.5的部分。最后输出前，再加入环境光。
备注：
获取环境光强度的方法：UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz
Shader "Unlit/005_2"
{
SubShader
{
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
appdata_full vert (appdata_full v)
{
v.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
v.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return v;
}
float4 frag (appdata_full v) : SV_Target
{
float3 worldNormal = v.normal;
float3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
//本节变动
//获取环境光
float3 anbient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
//计算范围
float halfLamient = dot(worldNormal,worldLight)*0.5+0.5;
//计算反射强度
float3 diffuse =_LightColor0.rgb * v.color.rgb *halfLamient;
//反射光加光照强度
float3 c = anbient + diffuse;
return float4(c,1) ;
}
ENDCG
}
}
}四、下集介绍
本集讲了3种计算反射光的方法。
下集讲光照计算，高光反射。（最晚更新日期，1月7日）