定义
漫反射，是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，这种反射称之为“漫反射”或“漫射”。这种反射的光称为漫射光。很多物体，如植物、墙壁、衣服等，其表面粗看起来似乎是平滑，但用放大镜仔细观察，就会看到其表面是凹凸不平的，所以本来是平行的太阳光被这些表面反射后，弥漫地射向不同方向。
光照模型
效果
兰伯特光照模型（Lambert）
公式
漫反射Diffuse = 平行光颜色 * max(0, 平行光方向·法线方向)
漫反射Diffuse = 平行光颜色 * max(0, cosθ)
示例
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fixed4 frag(v2f f) : SV_Target { //法线方向由模型空间转世界空间 half3 worldNormalDir = UnityObjectToWorldNormal(f.normal); //法线方向由模型空间转世界空间 第二种写法 // half3 worldNormalDir = normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject)); //获取世界空间的平行光方向 half3 worldLightDir = _WorldSpaceLightPos0.xyz; //标准漫反射（兰伯特）法线和光线方向的点积 //颜色不会小于0，所以用max取得不小于0的值 half nl = max(0, dot(worldNormalDir, worldLightDir)); //取得漫反射颜色 half3 diffuse = nl * _LightColor0; //得出最后光照颜色，加上环境光亮度会增加，去掉环境光则只有平行光光照颜色 //叠加自身颜色，因为自身颜色这里不考虑透明通道 所以用rgb f.color = diffuse * _MainColor.rgb; return fixed4(f.color,1); } |
半兰伯特光照模型（Half Lambert）
公式
漫反射Diffuse = 平行光颜色 * (平行光方向·法线方向 * 0.5 + 0.5)
漫反射Diffuse = 平行光颜色 * (cosθ * 0.5 + 0.5)
示例
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fixed4 frag(v2f f) : SV_Target { //法线方向由模型空间转世界空间 half3 worldNormalDir = UnityObjectToWorldNormal(f.normal); //法线方向由模型空间转世界空间 第二种写法 // half3 worldNormalDir = normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject)); //获取世界空间的平行光方向 half3 worldLightDir = _WorldSpaceLightPos0.xyz; //漫反射（半兰伯特）法线和光线方向的点积 half nl = dot(worldNormalDir, worldLightDir) * 0.5 + 0.5; //取得漫反射颜色 half3 diffuse = nl * _LightColor0; //得出最后光照颜色，加上环境光亮度会增加，去掉环境光则只有平行光光照颜色 //叠加自身颜色，因为自身颜色这里不考虑透明通道 所以用rgb f.color = diffuse * _MainColor.rgb; return fixed4(f.color,1); } |
顶点计算/片元计算
示例使用的是兰伯特光照模型
效果
逐顶点漫反射
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Shader "WCC/Diffuse Vertex" { SubShader { Pass { //需要指定通道是前向渲染管线中 Tags {"LightMode" = "ForwardBase"} CGPROGRAM //引入平行光相关的库 //通过这个库，获取平行光的方向（_WorldSpaceLightPos0） #include "UnityLightingCommon.cginc" //或者这个库也可以 // #include "Lighting.cginc" //获取UnityObjectToWorldNormal #include "UnityCG.cginc" #pragma vertex vert #pragma fragment frag struct a2v { //顶点坐标 float4 vertex : POSITION; //顶点法线 float3 normal : NORMAL; }; struct v2f { float4 position : SV_POSITION; fixed3 color : COLOR; }; //这里把光照算法写在顶点函数里，由于顶点数量少，所以颜色转到片元函数，会经过差值计算 //因为顶点数量少，所以运算次数少 会提高shader性能 v2f vert(a2v v) { v2f f; //顶点坐标由模型空间转世界空间 f.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex); //顶点坐标由模型空间转世界空间 第二种写法 // f.position = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); //法线方向由模型空间转世界空间 half3 worldNormalDir = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); //法线方向由模型空间转世界空间 第二种写法 // half3 worldNormalDir = normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject)); //获取世界空间的平行光方向 half3 worldLightDir = _WorldSpaceLightPos0.xyz; //标准漫反射（兰伯特）法线和光线方向的点积 //颜色不会小于0，所以用max取得不小于0的值 half nl = max(0, dot(worldNormalDir, worldLightDir)); //取得漫反射颜色 half3 diffuse = nl * _LightColor0; //环境光 fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb; //得出最后光照颜色，加上环境光亮度会增加，去掉环境光则只有平行光光照颜色 f.color = diffuse + ambient; return f; } fixed4 frag(v2f f) : SV_Target { return fixed4(f.color,1); } ENDCG } } } |
逐像素漫反射（逐片元漫反射）
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Shader "WCC/Diffuse Fragment" { Properties { _MainColor("Main Color", Color) = (1,1,1,1) } SubShader { Pass { //需要指定通道是前向渲染管线中 Tags {"LightMode" = "ForwardBase"} CGPROGRAM //引入平行光相关的库 //通过这个库，获取平行光的方向（_WorldSpaceLightPos0） #include "UnityLightingCommon.cginc" //或者这个库也可以 // #include "Lighting.cginc" //获取UnityObjectToWorldNormal #include "UnityCG.cginc" #pragma vertex vert #pragma fragment frag fixed4 _MainColor; struct a2v { //顶点坐标 float4 vertex : POSITION; //顶点法线 float3 normal : NORMAL; }; struct v2f { float4 position : SV_POSITION; float3 normal : TEXCOORD0; fixed3 color : COLOR; }; v2f vert(a2v v) { v2f f; //顶点坐标由模型空间转世界空间 f.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex); //顶点坐标由模型空间转世界空间 第二种写法 // f.position = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); f.normal = v.normal; return f; } //这里把光照算法写在片元函数里，效果更平滑一些，但性能会比顶点函数里执行要差 fixed4 frag(v2f f) : SV_Target { //法线方向由模型空间转世界空间 half3 worldNormalDir = UnityObjectToWorldNormal(f.normal); //法线方向由模型空间转世界空间 第二种写法 // half3 worldNormalDir = normalize(mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject)); //获取世界空间的平行光方向 half3 worldLightDir = _WorldSpaceLightPos0.xyz; //标准漫反射（兰伯特）法线和光线方向的点积 //颜色不会小于0，所以用max取得不小于0的值 half nl = max(0, dot(worldNormalDir, worldLightDir)); //取得漫反射颜色 half3 diffuse = nl * _LightColor0; //环境光 fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb; //得出最后光照颜色，加上环境光亮度会增加，去掉环境光则只有平行光光照颜色 //叠加自身颜色，因为自身颜色这里不考虑透明通道 所以用rgb f.color = (diffuse + ambient) * _MainColor.rgb; return fixed4(f.color,1); } ENDCG } } } |
区别
- 逐顶点计算：顶点数量少，所以计算量少，性能会高，不在顶点位置像素会根据差值计算，效果会差
- 逐片元计算：片元会每个像素点计算，计算量多，性能稍差，但更平滑
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