Unity3D ShaderLab 漫反射卷积光照模型

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Unity3D ShaderLab 漫反射卷积光照模型

漫反射卷积【Diffuse convolution】是一个模糊立方体的过程，它保留了立方图的整体光照强度，只模糊了细节。

这种效果在我们要活得一个更具全局光照表面效果的时候非常有用。

为了实现这种效果，我们需要创建一个卷积运算的立方图。比如ATI的工具制作CubeMapGen。

下载地址：

http://developer.amd.com/tools-and-sdks/archive/legacy-cpu-gpu-tools/cubemapgen/

Unity3D ShaderLab 漫反射卷积光照模型

安装完毕后，我们通过右上角的LoadBasemap,LoadCubeMap配置贴图，在设置一下FilterType，Filter Angle等参数后点击右下角的FilterCubeMap按钮。

等待一会就可以Filter完成，点击Save CubeMap to Images按钮，就可以保存我们的立方体图了。

然后就是新建Shader，Material。双击脚本，计入编辑器模式。

1>修改Properties：

Properties {

_MainTint("Global Tint",Color)=(1,1,1,1)

_BumpMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}

_AOMap("Ambient Occlusion Map",2D)="white"{}

_CubeMap("Diffuse Convolution CubeMap",Cube)=""{}

_SpecIntensity("Specular Intensity",Range(0,1))=0.4

_SpecWitdth("Specular Width",Range(0,1))=0.2

}

2>修改SubShader变量

CGPROGRAM

#pragma surface surf DiffuseConvolution

#pragma target 3.0

 

samplerCUBE _CubeMap;

sampler2D _BumpMap;

sampler2D _AOMap;

float4 _MainTint;

float _SpecIntensity;

float _SpecWitdth;

 

struct Input {

float2 uv_MainTex;

float2 uv_AOMap;

float3 worldNormal;

INTERNAL_DATA

};

我们需要模型的世界法线,所以加入INTERNAL_DATA。因为着色器包含一张法线贴图，我们使用它获得修改后的法线。

3>完成光照函数

inline fixed4 LightingDiffuseConvolution(SurfaceOutput s,fixed3 lightDir,fixed3 viewDir,fixed atten){

//计算光照向量;

viewDir = normalize(viewDir);

lightDir = normalize(lightDir);

s.Normal = normalize(s.Normal);

float NdotL = dot(s.Normal,lightDir);

float3 halfVec = normalize(lightDir+viewDir);

//计算高光;

float spec = pow(dot(s.Normal,halfVec),s.Specular*128)*s.Gloss;

//光照模型赋值;

fixed4 c;

c.rgb = (s.Albedo*atten)+spec;

c.a = 1;

return c;

}

4>surf处理贴图

void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {

half4 c = tex2D (_AOMap, IN.uv_AOMap);

float3 normals = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap,IN.uv_AOMap)).rgb;

o.Normal = normals;

float3 diffuseVal = texCUBE(_CubeMap,WorldNormalVector(IN,o.Normal)).rgb;

o.Albedo = (c.rgb*diffuseVal)*_MainTint;

o.Specular = _SpecWitdth;

o.Gloss = _SpecIntensity*c.rgb;

o.Alpha = c.a;

}

完成了光照函数后，使用模型的世界法线来对卷积后的立方图进行纹理映射，然后把结果传入output结构体。

返回Unity编辑器，最终效果如下：

Unity3D ShaderLab 漫反射卷积光照模型

通过上面的函数，我们首先得到被法线贴图修改后的模型的世界法线，并利用法线数据来查找立方图上的位置以得到他的像素和颜色，

这就是我们要在Input结构体重申明float3 worldNormal，以及INTERNAL_DATA原因。

然后我们使用WorldNormalVector函数来得到最终的法线向量，并用于texCUBE的检索。

Shader "91YGame/CubeMapLight" {
    Properties {
        _MainTint("Global Tint",Color)=(1,1,1,1)
        _BumpMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}
        _AOMap("Ambient Occlusion Map",2D)="white"{}
        _CubeMap("Diffuse Convolution CubeMap",Cube)=""{}
        _SpecIntensity("Specular Intensity",Range(0,1))=0.4
        _SpecWitdth("Specular Width",Range(0,1))=0.2
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200
        
        CGPROGRAM
        #pragma surface surf DiffuseConvolution
        #pragma target 3.0

        samplerCUBE _CubeMap;
        sampler2D _BumpMap;
        sampler2D _AOMap;
        float4 _MainTint;
        float _SpecIntensity;
        float _SpecWitdth;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
            float2 uv_AOMap;
            float3 worldNormal;
            INTERNAL_DATA
        };

        inline fixed4 LightingDiffuseConvolution(SurfaceOutput s,fixed3 lightDir,fixed3 viewDir,fixed atten){
            //计算光照向量;
            viewDir = normalize(viewDir);
            lightDir = normalize(lightDir);
            s.Normal = normalize(s.Normal);
            float NdotL = dot(s.Normal,lightDir);
            float3 halfVec = normalize(lightDir+viewDir);
            //计算高光;
            float spec = pow(dot(s.Normal,halfVec),s.Specular*128)*s.Gloss;
            //光照模型赋值;
            fixed4 c;
            c.rgb = (s.Albedo*atten)+spec;
            c.a = 1;
            return c;
        } 

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            half4 c = tex2D (_AOMap, IN.uv_AOMap);
            float3 normals = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap,IN.uv_AOMap)).rgb;
            o.Normal = normals;
            float3 diffuseVal = texCUBE(_CubeMap,WorldNormalVector(IN,o.Normal)).rgb;
            o.Albedo = (c.rgb*diffuseVal)*_MainTint;
            o.Specular = _SpecWitdth;
            o.Gloss = _SpecIntensity*c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
    } 
    FallBack "Diffuse"
}

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