本系列主要參考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书(感谢原书作者),同一时候会加上一点个人理解或拓展。
这里是本书全部的插图。这里是本书所需的代码和资源(当然你也能够从官网下载)。
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写在前面
在上一篇里,我们学习了一些技巧来初步优化Shader。这次,我们学习很多其它的技术来实现一个更复杂的Shader:Normal-Mapped Specular Shader。这些技术包含:使用光照函数的两个新变量halfasview或者approxview,降低使用的贴图数量,以及对贴图进行更好的压缩。
准备工作
- 创建一个新的场景和一个球体,加入一个平行光。
- 创建一个新的Shader和Material,能够命名为MobileShader。
- 把Shader赋给Material,把Material赋给球体。
实现
- 首先,还是改动Properties块。本节我们须要一张diffuse贴图,它的alpha通道值相应像素的光滑度(Gloss);以及一张法线贴图,和高光指数的滑动条。
Properties { _Diffuse ("Base (RGB) Specular Amount (A)", 2D) = "white" {} _NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump"{} _SpecIntensity ("Specular Width", Range(0.01, 1)) = 0.5 }
解释:一直没有彻底搞懂Unity SurfaceOutput里面各变量的计算细节。这里再详解下。SurfaceOutput里面的内置变量能够见这篇,例如以下:struct SurfaceOutput { half3 Albedo; // 该像素的反射率,反应了像素的基色 half3 Normal; // 该像素的法线方向 half3 Emission; // 该像素的自发光颜色,使得即便没有光照也能够物体本身也能够发出光 half Specular; // 该像素的高光指数 half Gloss; // 该像素的高光光滑度,值越大高光反射越清晰,反之越模糊 half Alpha; // 该像素的不透明度 };
- 以下是建立#pragma声明。这能够控制Surface Shader各属性的开关,使得Shader更高效或者更低效:
CGPROGRAM #pragma surface surf MobileBlinnPhong exclude_path:prepass nolightmap noforwardadd halfasview
解释:忽略延迟光照,不支持光照贴图,仅仅接受一个单一的平行光光源作为逐像素光源。最后,使用halfasview声明告诉Unity,我们使用一个介于光照方向和观察方向之间的half vector来取代真正的观察方向viewDir来计算光照函数。这将加速Shader的处理时间,由于这是基于逐顶点而非逐像素计算而得的。尽管这样得到的结果是近似值,但对于移动平台来说足够了。 - 建立和Properties块中各变量的联系。和之前不同,我们这次使用fixed来得到高光指数滑条的值:
sampler2D _Diffuse; sampler2D _NormalMap; fixed _SpecIntensity;
- 得到贴图的UV坐标。在上一篇就提过,为了节省变量空间,我们仅使用一个UV值:
struct Input { half2 uv_Diffuse; };
- 由于我们在声明中加入了新的变量,我们能够在光照函数中使用新的參数:
inline fixed4 LightingMobileBlinnPhong (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed3 halfDir, fixed atten) { fixed diff = max (0, dot (s.Normal, lightDir)); fixed nh = max (0, dot (s.Normal, halfDir)); fixed spec = pow (nh, s.Specular * 128) * s.Gloss; fixed4 c; c.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * diff + _LightColor0.rgb * spec) * (atten * 2); c.a = 0.0; return c; }
- 最后,我们在surf函数中完毕对像素颜色的计算:
void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { fixed4 diffuseTex = tex2D (_Diffuse, IN.uv_Diffuse); o.Albedo = diffuseTex.rgb; o.Gloss = diffuseTex.a; o.Alpha = 0.0; o.Specular = _SpecIntensity; o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_Diffuse)); }
最后,得到的效果例如以下:
解释
我们最后总结一下使用过的全部技术:优化变量类型,共享UV坐标,降低处理的光源个数,让Shader仅仅工作在特定的渲染器上,使用近似值取代精确值,以及降低或压缩贴图。