UnityShader_天空盒子中的反射、折射、聂菲尔效应
反射
反射的原理在之前的文章中已有，在此不再赘述，这里主要讲一下天空盒子纹理的采集
主要看代码中有注释的部分，其中在 texCUBE 中没有对i.worldRefl进行归一化，是因为仅仅是传递方向变量给 texCUBE ，因此无需归一化
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 10/Reflection" {Properties {_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)_ReflectColor ("Reflection Color", Color) = (1, 1, 1, 1)_ReflectAmount ("Reflect Amount", Range(0, 1)) = 1//天空盒子的属性定义_Cubemap ("Reflection Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}}SubShader {Pass { Tags { "LightMode"="ForwardBase" }CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"fixed4 _Color;fixed4 _ReflectColor;fixed _ReflectAmount;//天空盒子的声明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;};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);//计算反射方向o.worldRefl = reflect(-o.worldViewDir, o.worldNormal);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos)); fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir); fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));//天空盒子的采样方式fixed3 reflection = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefl).rgb * _ReflectColor.rgb;//将反射图和漫反射混合fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, reflection, _ReflectAmount);return fixed4(color, 1.0);}ENDCG}}FallBack "Reflective/VertexLit"
}
折射
光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 10/Refraction" {Properties {_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)_RefractColor ("Refraction Color", Color) = (1, 1, 1, 1)_RefractAmount ("Refraction Amount", Range(0, 1)) = 1_RefractRatio ("Refraction Ratio", Range(0.1, 1)) = 0.5_Cubemap ("Refraction Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}}SubShader {Pass { Tags { "LightMode"="ForwardBase" }CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"fixed4 _Color;fixed4 _RefractColor;float _RefractAmount;fixed _RefractRatio;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 worldRefr : TEXCOORD3;};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);//计算折射光线的方向o.worldRefr = refract(-normalize(o.worldViewDir), normalize(o.worldNormal), _RefractRatio);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));//通过折射光方向采样天空盒子纹理fixed3 refraction = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefr).rgb * _RefractColor.rgb;//混合折射颜色和漫反射fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, refraction, _RefractAmount);return fixed4(color, 1.0);}ENDCG}} FallBack "Reflective/VertexLit"
}
涅菲尔效应
何为菲涅尔效应？
视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直表面时，夹角越小，反射越明显。如果你看向一个圆球，那圆球中心的反射较弱，靠近边缘较强。
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 10/Fresnel" {Properties {_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)_FresnelScale ("Fresnel Scale", Range(0, 1)) = 0.5//反射系数_Cubemap ("Reflection Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}}SubShader {Pass { Tags { "LightMode"="ForwardBase" }CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"fixed4 _Color;fixed _FresnelScale;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;};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);o.worldRefl = reflect(-o.worldViewDir, o.worldNormal);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;fixed3 reflection = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefl).rgb;//计算菲涅尔系数fixed fresnel = _FresnelScale + (1 - _FresnelScale) * pow(1 - dot(worldViewDir, worldNormal), 5);fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, reflection, saturate(fresnel));return fixed4(color, 1.0);}ENDCG}} FallBack "Reflective/VertexLit"
}上述新的东西只有一个公式，如下图第一个公式
抽象解释：
近处湖面反射较弱，湖底物体的光进入眼睛占主要，因此看到的是湖底的情景；
远处湖面反射较强，湖面上物体的反射光进入眼睛占主要，因此看到的是湖面上物体的倒影；
公式解释：
以公式一为例，主要影响因素就是 v·n ，
①湖面，无论远近，湖面的 n 保持不变，随着视角看向湖面远处 n、v的夹角变大 (1- n·v )5 ，当湖面接近无限远的时候， v、n的夹角趋于90 ，公式整体的值就越接近1，即越接近反射
②球体，看向一个球，人的视角 v 保持不变，随着靠近球边缘， n、v的夹角变大 (1- n·v )5 ，当到达球体边缘的时候， v、n的夹角为90 ，公式整体的值为1，即完全反射 （查看下面的gif可以看到边缘的反射十分明显）
PS.内容整合自 《UnityShader 入门精要》，并加入自己的理解
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