【Unity 手写PBR】补充：多光源阴影视差自发光

骑猪看日落 2023-09-25 19:02 14阅读 0赞

**写在前面**

[【Unity 手写PBR】Build-in管线：实现直接光部分][Unity _PBR_Build-in]

[【Unity 手写PBR】Build-in管线：实现间接光部分][Unity _PBR_Build-in 1]

这里再快速补充一下剩下的部分，多光源、阴影、视差贴图应用和自发光。

## 1 多光源 ##

环境光照和自发光都在Base Pass计算，Additonal Pass只计算直接光照，其中atten是光照衰减值：

float3 result = directLight * atten;

由于是在Unity固定管线下，所以还是采用老办法AdditionalPass，关于Unity前向渲染如何处理多光源的可以参考之前我写的一篇文章[【技术美术图形部分】关于前向渲染和延迟渲染][Link 1]

实现的话，如果不去深究，直接拿Unity的内置宏，一句话解决：

// 光源衰减项
    UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten,i, worldPos);

如果要自己实现的话，尤其注意光源衰减值，平行光、点光源、聚光灯都是有区别的，贴个自己写的涉及到衰减项的部分shader：

// 光源衰减项
            #ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
                float atten = 1.0;
            #else
            #if defined(POINT)
                // 点光源从世界变到光源空间
                float3 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, float4(worldPos,1)).xyz;
                float atten = tex2D(_LightTexture0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
            #elif defined(SPOT)
                float4 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, float4(worldPos,1));
                float atten = (lightCoord.z>0)*tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy/lightCoord.w+0.5).w*tex2D(_LightTextureB0,dot(lightCoord,lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
            #else
                float atten = 1.0;
            #endif
            #endif

## 2 阴影 ##

阴影这里全调用Unity内置宏解决，需要保证物体能投射阴影，还要保证物体能接受阴影。需要注意的是，

BasePass中，对主要平行光的计算，要么

UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten,i, worldPos);

一下解决atten计算和采样纹理shadow值的问题；要么

float shadow = 1;
            float atten = 1.0; // 仅平行光
            
            shadow = SHADOW_ATTENUATION(i); // 使用_ShadowCoord对相关纹理采样，得到阴影信息

规定平行光的atten为1后，还要计算shadow值，最后result直接光部分也加上\*atten\*shadow，保证可以接受阴影。

其余情况，擅用宏就行，由于比较分散，这里就不一个一个贴出来了，，，之前写过一篇[【Unity Shader】Unity中阴影映射标准制作流程][Unity Shader_Unity]，里面有写实现方法，需要的话可以去看看~

## 2 视差贴图 ##

参考：[2.5凹凸映射、视差映射、浮雕映射 - 知乎 (zhihu.com)][2.5_ - _ _zhihu.com]

视差算法：[关于视差算法的基本原理与拓展应用 - 哔哩哔哩 (bilibili.com)][- _ _bilibili.com]

Unity Standard Shader里还有Height Map的应用，为了让我的PBR Shader更加完整，加上！

### 2.1 简单解释 ###

之前一直都分不清法线贴图、视差贴图这些，，后来发现视差贴图经常是与法线贴图一起使用。法线贴图改变了纹理的光照，视差贴图再叠加叠加，视差会移动纹理的可见项，实现表面的遮挡效果，感觉就是“更加真实”了。

随便搜了搜，拿[这篇文章][Link 2]里的图举例：

![a0638cb0cd7341768b31dd783a068f60.png][]

中间是BaseColor+NormalMap，右边的是BaseColor+NormalMap+ParallaxMap

所以视差贴图解决的更多的是结构之间的遮挡问题。

### 2.2 实现 ###

之所以是“视差”，其核心是改变纹理坐标，利用模型表面的高度信息对纹理进行偏移，低位置信息被高位置遮挡了，所以直接采样更高的信息。

fragment shader中要采样视差贴图得到Height值，再通过ParallaxOffset得到偏移量Offset，应用到i.uv上就行。

// 视差贴图
            float height = tex2D(_ParallaxMap, i.uv).r;
            
            float2 offset = ParallaxOffset(height, _ParallaxScale, i.objviewDir);
            i.uv += offset;

这里的ParallaxOffset是UnityCG.cginc定义的函数，源码：

// Calculates UV offset for parallax bump mapping
    inline float2 ParallaxOffset( half h, half height, half3 viewDir )
    {
        h = h * height - height/2.0;
        float3 v = normalize(viewDir);
        v.z += 0.42;
        return h * (v.xy / v.z);
    }

h为传入的采样值，height为我们定义的\_ParallaxScale，用viewDir的x和y分量，反正就直接用这个源码就OK！

### 2.3 对比 ###

加了一个点光源，对比明显一些：

![94b298e87466448db973d0b540641df9.png][] 仅基础色

然后是NormalMap拉到最大：

![385869fb044d4153916e86ac21be814f.png][] 基础色+法线

这个是只加上ParallaxMap，效果拉满：

![082d24a36d3a40bbb77bb63058df294e.png][] 基础色+视差

我不太清楚这样对比是否合适，但能感觉到视差到底做了什么事，就是一个假的、凹凸的效果。

关于视差就到这。

## 3 自发光贴图 ##

自发光虽然简单，但我的PBR shader必须什么功能都有！搞一下：

自发光感觉是不受到光照影响的，所以说传入的自发光贴图就是个黑白的通道而已，就针对区域上色，最后result+=就行了：

float3 emission = tex2D(_EmissionTex, i.uv);
    emission = _EmissionColor * emission * _EmissionStrength;

后期bloom的话还需调整参数。

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写的很仓促，目的仅仅是为了记录，后面会搭个场景，尽量把不同的材质都体现在场景中，也算是给这4、5天的PBR学习做一个收尾工作吧。

[Unity _PBR_Build-in]: https://blog.csdn.net/qq_41835314/article/details/129691878?spm=1001.2014.3001.5502
[Unity _PBR_Build-in 1]: https://blog.csdn.net/qq_41835314/article/details/129724280?spm=1001.2014.3001.5502
[Link 1]: https://blog.csdn.net/qq_41835314/article/details/127278380?spm=1001.2014.3001.5502
[Unity Shader_Unity]: https://blog.csdn.net/qq_41835314/article/details/127537154?spm=1001.2014.3001.5502
[2.5_ - _ _zhihu.com]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/378841347
[- _ _bilibili.com]: https://www.bilibili.com/read/cv17749894/
[Link 2]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/344096965
[a0638cb0cd7341768b31dd783a068f60.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a0638cb0cd7341768b31dd783a068f60.png
[94b298e87466448db973d0b540641df9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/94b298e87466448db973d0b540641df9.png
[385869fb044d4153916e86ac21be814f.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/385869fb044d4153916e86ac21be814f.png
[082d24a36d3a40bbb77bb63058df294e.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/082d24a36d3a40bbb77bb63058df294e.png