Unity Shaders and Effects Cookbook:使用高光贴图

发表于2017-11-23
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这篇文章要给大家介绍下如何使用高光贴图。介绍完上篇的内容之后,相信大家已经了解了在Unity 中如何实现一个高光 Shader ,但是会有一个问题,就是效果看起来不切实际,如下面的问题


我用一张图片贴到了Cube上面,然后用了一个高光材质,得到了下图的效果。



其实这个效果还算可以,但是认真看就会发现,这个结果是不符合自然现象的。

这个箱子是木头的,然后有铁皮 作为封条。

首先不符合常理的是为什么这个木头箱子会反光!

可能木头箱子打蜡了,然后就反光,但是为什么打蜡的木头 和 铁皮 看起来是一样的,光滑度是一样的吗?


这样一种效果是很难解释的通的。

那么如何模拟真实的情况,也就是该反光的地方才反光,不该反光的地方不反光?


回想一下高光的原理,高光是根据反射光与 视线的角度来求出高光的强度值的。对于上面的箱子,木材 和 铁片是在同一个平面上的,所以求出的高光强度值是相同的。

也就是说,按照上一节的做法是不能将 铁片 和 木材的高光强度值区分开来的。

那么我们要想一个办法。

首先想到的是,把铁片 和 木材分开来,木材作为单独的一张贴图,铁片作为另外一张贴图,里面是空白的。

灯光只作用于铁片这一张贴图。我们计算出来的 高光强度 Specular * 铁片贴图的RGB。因为铁片中间是黑色的,所以铁片的中间这一块的 RGB 都是 0 ,所以实际上只有外侧铁片的地方,才真正受到了光照的影响!然后再和 木材的贴图的颜色相加。


由此引入这一节的知识 -- 高光贴图。

如上面所说,需要两个贴图,木材这一个贴图只接受漫反射光照,而铁片这一个高光贴图 接收高光。

在 Shader 中定义对应的变量

Properties   
{  
    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}  
    _SpecularColor("Specular Color",Color)=(1,1,1,1)  
    _SpecularTexture("Specular Texture",2D)="white" {}  
    _SpecularPower("Specular Power",Range(0.1,100))=1  
}


我们在 Suf 函数中,对两个纹理取样,然后存储到 SurfaceOutput 结构体中传入到 光照模型函数。


然后会遇到一个问题,SurfaceOutput 结构体,是Unity 定义的一个结构体,其定义存在与 Lighting.cginc 文件中

struct SurfaceOutput {  
    fixed3 Albedo;  
    fixed3 Normal;  
    fixed3 Emission;  
    half Specular;  
    fixed Gloss;  
    fixed Alpha;  
};  
查看法线,里面并没有用于存储高光贴图颜色信息的变量!

所以这次我们要自定义一个 SurfaceOutput 结构体,添加一个 SpecularColor 变量。

struct CustomSurfaceOutput   
{  
    fixed3 Albedo;  
    fixed3 Normal;  
    fixed3 Emission;  
    half Specular;  
    fixed3 SpecularColor;  
    fixed Gloss;  
    fixed Alpha;  
};  

然后把 surf 和 光照模型函数中的 SurfaceOutput 都修改为自定义的 CustomSurfaceOutput
void surf (Input IN, inout CustomSurfaceOutput o)   
{  
    half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);  
    o.Albedo = c.rgb;  
    o.Alpha = c.a;  
}  
inline fixed4 LightingCustomPhong(CustomSurfaceOutput s,fixed3 lightDir,half3 viewDir,fixed atten)  
{  
    fixed4 c;  
    c.rgb=s.Albedo;  
    c.a=s.Alpha;  
    return c;  
}  

注意,这个时候我们还没有指定光照模型函数为 CustomPhong,所以Unity 会抛出一堆莫名其妙的错,这是因为 surf 中传给 Lambert 光照模型的是 CustomSurfaceOutput,而不是默认的 SurfaceOutput 了。

指定光照模型为 CustomPhong

CGPROGRAM  
#pragma surface surf CustomPhong  

因为要在 Surf 函数中处理 木头 这个 漫反射贴图 和  铁皮 这个高光贴图,原来的 Input 结构体中是只有 漫反射贴图的 UV信息的,所以修改 Input结构体添加高光贴图的 UV信息
struct Input   
{  
    float2 uv_MainTex;  
    float2 uv_SpecularTexture;  
};  

修改 surf 函数,根据 Input 中的UV信息,提取当前 UV坐标的颜色信息(纹素)
void surf (Input IN, inout CustomSurfaceOutput o)   
{  
    //不接受高光的,漫反射贴图,例如木头  
    half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);  
    o.Albedo = c.rgb;  
    o.Alpha = c.a;  
    //接收高光的,高光贴图,例如铁皮  
    half4 specularC=tex2D(_SpecularTexture,IN.uv_SpecularTexture);  
    o.SpecularColor=specularC.rgb;  
    //用r值作为系数,如果当前UV坐标是位于铁片里面黑色的那一块,那么rgb都是0,这样里面黑色的那一块其实是无效的。  
    o.Specular = specularC.r;       
}  

修改光照函数

inline fixed4 LightingCustomPhong(CustomSurfaceOutput s,fixed3 lightDir,half3 viewDir,fixed atten)  
{  
    //首先计算漫反射;  
    float diffuse=max(0,dot(s.Normal,lightDir));  
    //计算漫反射颜色;  
    float3 diffuseColor=_LightColor0*s.Albedo * diffuse;  
    //计算反射光方向向量  
    float3 halfReflectVector=normalize(lightDir + viewDir);  
    //计算反射光强度;如果当前位置是铁片黑色的那一块,那么Specular是0,这里就没有高光了。  
    float specular = pow( max(0,dot(s.Normal,halfReflectVector)) , _SpecularPower) * s.Specular;  
    //计算高光颜色  高光贴图采样颜色 * 反射光强度 * 编辑器中指定的高光颜色 * 光照颜色;  
    float3 specularColor =_LightColor0.rgb* s.SpecularColor * specular * _SpecularColor.rgb *(atten*5);  
    fixed4 c;  
    c.rgb=diffuseColor + specularColor;  
    c.a=s.Alpha;  
    return c;  
}  

最终完成得到结果



示例工程下载:http://pan.baidu.com/s/1dFyiyDb

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