Unity Shader之使用Cubemap实现反射效果

1、Cubemap是啥

Cubemap，即立方体纹理，包含6张图像，每张图像对应立方体的一个面，跟二维纹理不同，我们使用三维坐标去对这种纹理进行采样， 在unity中，可以使用Cubemap来实现天空盒子以及环境映射，环境映射可以模拟出场景中周围的环境，使用了环境映射材质的物体可以反射出周围的环境，就像反光镜或者反光金属一样。

 

2、制作Cubemap

通常，制作Cubemap的方法大概有三种，第一种是提供一种具有特殊布局的纹理，类似全景图，然后将该纹理的Texture Shape设置为Cube；第二种方法是在Project面板创建一个Cubemap，然后提供6张纹理分别拖拽到它的属性面板中；前两种方法都需要我们提供立方体纹理的图片，我们这里使用第三种方案，用脚本来创建，把下面脚本放在editor文件夹中：

using UnityEngine;
using UnityEditor;
using System.Collections;

public class RenderCubeMap : ScriptableWizard
{
    public Transform renderPosition;
    public Cubemap cubemap;

    void OnWizardUpdate()
    {
        isValid = (renderPosition != null) && (cubemap != null);
    }

    void OnWizardCreate()
    {
        // 创建一个用来渲染的相机
        GameObject go = new GameObject("CubemapCam");
        go.AddComponent<Camera>();
        go.transform.position = renderPosition.position;
        // 将相机观察到的图像渲染到cubemap        
        go.GetComponent<Camera>().RenderToCubemap(cubemap);
        // 销毁相机
        DestroyImmediate(go);
    }

    [MenuItem("GameObject/RenderCubemap")]
    static void RenderCubemap()
    {
        ScriptableWizard.DisplayWizard<RenderCubemapWizard>(
            "RenderCubemap", "立即渲染");
    }
}

在场景中创建一个空GameObj，并设置好合适的位置，在Project面板新建一个cubemap，并勾选Readable,然后点击菜单栏GameObject-RenderCubemap,将空gameObj以及新建的cubemap拖拽上去，点击立即渲染，就将6张图像渲染到了该cubemap中。

 

3、编写shader实现反射

Shader "yzpShader/Reflecte" {
    Properties {
        _Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _ReflectColor ("Reflection Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _ReflectAmount ("Reflect Amount", Range(0, 1)) = 1
        _Cubemap ("Reflection Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry"}
        
        Pass { 
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
            
            CGPROGRAM
            
            #pragma multi_compile_fwdbase
            
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            #include "Lighting.cginc"
            #include "AutoLight.cginc"
            
            fixed4 _Color;
            fixed4 _ReflectColor;
            fixed _ReflectAmount;
            samplerCUBE _Cubemap;
            
            struct a2v {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };
            
            struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 worldPos : TEXCOORD0;
                fixed3 worldNormal : TEXCOORD1;
                fixed3 worldViewDir : TEXCOORD2;
                fixed3 worldRefl : TEXCOORD3;
                SHADOW_COORDS(4)
            };
            
            v2f vert(a2v v) {
                v2f o;
                
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                
                o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                
                o.worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(o.worldPos);
                
                // 计算世界坐标空间下的反射方向
                o.worldRefl = reflect(-o.worldViewDir, o.worldNormal);
                
                TRANSFER_SHADOW(o);
                
                return o;
            }
            
            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                           //归一化
                fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
                fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));        
                fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);        
                //环境光
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                //漫反射
                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
                
                //使用世界空间下的反射方向对cubemap采样
                fixed3 reflection = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefl).rgb * _ReflectColor.rgb;
                
                UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);
                
                //混合得到最终颜色 
                fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, reflection, _ReflectAmount) * atten;
                
                return fixed4(color, 1.0);
            }
            
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Reflective/VertexLit"
}

 

4、测试结果

新建材质，使用上面写好的shader，设置好属性，将材质赋予场景中的一个小球，可以看到，小球模拟反射出了周围的环境，效果看起来达到了预期，还不错。

 

5、缺点

当我们向场景中添加新物体、光源或者移动物体时，可以发现原来的cubemap反射效果并没有因为变动的环境而有所变化，这就需要重新生成cubemap；此外，立方体纹理仅能实现反射周围环境的效果，并不能反射自身，因此我们只能对凸面体使用cubemap反射，而不要在凹面体上使用。