unity shader 较完整光照(含有多光源阴影)

在Unity引擎中，开发者可以使用Shader编写自定义着色器，来实现对游戏场景中的模型、材质进行更加高级的渲染。其中，光照是Shader编写中十分重要的一个环节，一个较完整的光照着色器需要包括基础光照、多光源、阴影等要素。下面介绍一些实现这些功能的方法：

1. 基础光照

在Unity中，使用Built-in Shader中的“Surface Shader”或“Unlit Shader”都提供基础光照的功能。如果需要自定义光照模型，则需要使用ShaderLab来手动编写对应的光照部分。

在ShaderLab代码中，可以使用光照计算的内置函数，如Lighting、light、half4 AmbientLight等。通过计算每个像素点的法线、反射光、漫反射光等参数，可以模拟光照的效果。

以下是一个简单的基础光照示例：

Shader "Custom/LightingExampleShader" {
    Properties {
        _MainTex("Texture", 2D) = "white" {}
    }

    SubShader {
        Tags {
            "RenderType"="Opaque"
        }

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        sampler2D _MainTex;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            o.Albedo = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
            o.Metallic = 0.5;
            o.Smoothness = 0.5;
            o.Normal = float3(0,0,1);
        }

        ENDCG
    }

    FallBack "Diffuse"
}

2. 多光源

Unity内置提供了多种光源类型，例如：点光源、方向光，聚光灯等。使用Shader编写的时候，可以通过内置的_LightColor0、_LightColor1等Uniform来获取不同光源的颜色。同时也可以自定义Uniform变量，来获取光源的位置、方向、光照范围等属性。

以下是一个简单的多光源示例，在渲染过程中，使用了两个点光源和一个方向光：

Shader "Custom/MultiLightExampleShader" {
    Properties {
        _MainTex("Texture", 2D) = "white" {}
    }

    SubShader {
        Tags {
            "RenderType"="Opaque"
        }

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        sampler2D _MainTex;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            float3 lightingColor = float3(0,0,0);

            // Point Light 1
            float3 pointLight1Dir = _WorldSpaceLightPos0.xyz - UnityObjectToWorldPos(float3(0,0,0));
            float3 pointLight1Color = _LightColor0.rgb;
            float3 pointLight1Attenuation = UnityInverseSquaredDistance(UnityObjectToWorldPos(float3(0,0,0)), _WorldSpaceLightPos0);

            lightingColor += pointLight1Color * pointLight1Attenuation * max(dot(normalize(IN.worldNormal), normalize(pointLight1Dir)), 0);

            // Point Light 2
            float3 pointLight2Dir = _WorldSpaceLightPos1.xyz - UnityObjectToWorldPos(float3(0,0,0));
            float3 pointLight2Color = _LightColor1.rgb;
            float3 pointLight2Attenuation = UnityInverseSquaredDistance(UnityObjectToWorldPos(float3(0,0,0)), _WorldSpaceLightPos1);

            lightingColor += pointLight2Color * pointLight2Attenuation * max(dot(normalize(IN.worldNormal), normalize(pointLight2Dir)), 0);

            // Directional Light
            float3 directionalLightDir = _WorldSpaceLightPos2.xyz;
            float3 directionalLightColor = _LightColor2.rgb;

            lightingColor += directionalLightColor * max(dot(normalize(IN.worldNormal), normalize(directionalLightDir)), 0);

            o.Albedo = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
            o.Metallic = 0.5;
            o.Smoothness = 0.5;
            o.Normal = float3(0,0,1);
            o.Emission = lightingColor;
        }

        ENDCG
    }

    FallBack "Diffuse"
}

3. 阴影

Unity的光照计算支持实时阴影。使用Shader绘制的物体在有灯光照射下，会产生阴影效果。Unity提供了内置的ShadowMap，可以通过内置的函数来获取阴影采样。

以下是一个简单的实时阴影示例：

Shader "Custom/ShadowExampleShader" {
    Properties {
        _MainTex("Texture", 2D) = "white" {}
    }

    SubShader {
        Tags {
            "RenderType"="Opaque"
        }

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
            float3 worldPos;
            float3 worldNormal;
        };

        sampler2D _MainTex;
        float4x4 _WorldToShadow;
        sampler2D _ShadowMapTexture;
        float4 _ShadowMapTexture_ST;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            float4 shadowUV = UnityShadowCoord(IN.worldPos);
            shadowUV.z += 0.0001;
            float shadowValue = tex2D(_ShadowMapTexture, shadowUV.xy).r;

            float3 lightingColor = float3(0,0,0);

            float3 pointLightDir = _WorldSpaceLightPos0.xyz - IN.worldPos;
            float3 pointLightColor = _LightColor0.rgb;
            float3 pointLightAttenuation = UnityInverseSquaredDistance(IN.worldPos, _WorldSpaceLightPos0);

            lightingColor += pointLightColor * pointLightAttenuation * max(dot(normalize(IN.worldNormal), normalize(pointLightDir)), 0) * shadowValue;

            o.Albedo = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex).rgb;
            o.Metallic = 0.5;
            o.Smoothness = 0.5;
            o.Normal = float3(0,0,1);
            o.Emission = lightingColor;
        }

        ENDCG
    }

    FallBack "Diffuse"
}

以上就是一个较完整的光照Shader的几个要点，开发者可以根据自己的需求来进行进一步的改良。