Unity shader学习之菲涅耳反射

菲涅尔反射（Fresnel reflection），指光线照射物体表面时，一部分发生反射，一部分进入物体内部发生折射或散射，被反射的光和折射光之间存在一定的比率。

2个公式：

1. Schlick 菲涅耳近似等式：

F_Schlick(v, n) = F₀ + (1 - F₀)(1 - dot(v, n))⁵

其中F₀是一个反射系数，用于控制菲涅尔反射的强度，v 是视角方向， n 是表面法线。

2. Empricial 菲涅耳近似等式：

F_Empricial(v, n) = max(0, min(1, bias + scale * (1- dot(v, n)^power)))

其中，bias, scale 和 power 是控制项。

如使用第一个公式的shader如下：

Shader "Custom/Fresnel Reflection"
{
    Properties
    {
        _Cubemap("Cubemap", Cube) = "" {}
        _RefractRatio("Reflect Ratio", Range(0, 1)) = 0.667
        _F0("F0", Range(0, 1)) = 0.5
    }

    SubShader
    {
        Pass
        {
            Tags
            {
                "LightMode" = "ForwardBase"
            }
            Cull Off

            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma multi_compile_fwdbase

            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"
            #include "AutoLight.cginc"

            samplerCUBE _Cubemap;
            float _RefractRatio;
            float _F0;

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                fixed4 color : COLOR;
                float3 normal : NORMAl;
            };

            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
                fixed4 color : COLOR;
                float3 worldNormal : TEXCOORD0;
                float3 worldPos : TEXCOORD1;
                SHADOW_COORDS(2)
            };

            v2f vert(appdata v)
            {
                v2f o;
                o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                o.color = v.color;
                o.worldNormal = normalize(UnityObjectToWorldNormal(v.normal));
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
                TRANSFER_SHADOW(o);
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET
            {
                fixed3 albedo = i.color.rgb;

                fixed3 ambient = albedo * UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb;

                float3 worldView = UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos);
                float3 reflectDir = reflect(-worldView, i.worldNormal);
                float3 refractDir = refract(-normalize(worldView), normalize(i.worldNormal), _RefractRatio);
                fixed3 reflectCol = texCUBE(_Cubemap, reflectDir);
                fixed3 refractCol = texCUBE(_Cubemap, refractDir);
                float schlick = _F0 + (1 - _F0) * pow(1 - dot(worldView, i.worldNormal), 5);

                UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);

                fixed3 col = ambient + lerp(reflectCol, refractCol, schlick) * atten;

                return fixed4(col, 1);
            }

            ENDCG
        }
    }

    Fallback "VertexLit"
}

效果如下：