【Unity Shaders】Reflecting Your World —— Unity3D中的法線貼圖和反射

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http://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/24541623

 

本系列主要參考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一書（感謝原書作者），同時會加上一點個人理解或拓展。

 

這裡是本書所有的插圖。這裡是本書所需的代碼和資源（當然你也可以從官網下載）。

========================================== 分割線 ==========================================

 

寫在前面 有很多情況你可能想要使用法線去影響反射效果。比如，你想要類比一個被霜雪覆蓋的玻璃材質的表面，或者一個冰塊。如果你根據物理知識真實的類比這個平面的每一個細節部分，那麼你就不要希望你遊戲的FPS還可以達到60幀了。相反的，我們可以使用法線貼圖來偽造一個視覺體驗，因此我們需要學習如何將法線貼圖的資訊傳遞給反射效果。 為了完成這個任務，我們將要學習Input結構體的另一個內建參數，它可以將由法線貼圖技術產生的修改後的平面法線資訊傳遞進來。下面，讓我們來具體看一下如何修改Input結構體來達到這個效果吧！   準備 

1. 首先，我們需要一個Cubemap來產生反射效果。所以你可以使用前一節中的Cubemap，或者產生一個新的。這一節中，我們使用的如下所示（你可以在本書資源中找到它）：
   
2. 我們還需要一張法線貼圖來產生基於法線的反射效果。
   
3. 最後，建立一個新的情境、一個球體、一個平面以及一個平行光。同時，還需要建立一個新的Shader和Material，命名為NormalMappedReflection。

  實現 

1. 首先讓我們添加新的properties，使得我們能夠添加自己的Cubemap和法線貼圖。這個步驟你應該非常熟悉了。向Properties塊添加下列代碼：
   [plain] view plain copy  print?
   1. Properties {  
   2.     _MainTint ("Diffuse Tint", Color) = (1,1,1,1)  
   3.     _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}  
   4.     _NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}  
   5.     _Cubemap ("Cubemap", CUBE) = ""{}  
   6.     _ReflAmount ("Reflection Amount", Range(0,1)) = 0.5  
   7. }  
2. 然後，我們需要在SubShader塊聲明這些properties，使得我們能夠訪問Properties塊中的這些資料：
   [plain] view plain copy  print?
   1. CGPROGRAM  
   2. #pragma surface surf Lambert  
   3.   
   4. samplerCUBE _Cubemap;  
   5. sampler2D _MainTex;  
   6. sampler2D _NormalMap;  
   7. float4 _MainTint;  
   8. float _ReflAmount;  
3. 然後，修改Input結構體。這是基於法線貼圖的反射的精華所在。通過使用INTERNAL_DATA聲明，我們可以訪問經過法線貼圖修改後的平面的法線資訊：
   [plain] view plain copy  print?
   1. struct Input {  
   2.     float2 uv_MainTex;  
   3.     float2 uv_NormalMap;  
   4.     float3 worldRefl;  
   5.     INTERNAL_DATA  
   6. };  
4. 最後，我們需要修改surf函數，來得到最後的基於法線貼圖的反射效果：
   [plain] view plain copy  print?
   1. void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {  
   2.     half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);  
   3.       
   4.     float3 normals = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap)).rgb;  
   5.     o.Normal = normals;  
   6.       
   7.     o.Emission = texCUBE (_Cubemap, WorldReflectionVector (IN, o.Normal)).rgb * _ReflAmount;  
   8.     o.Albedo = c.rgb * _MainTint;  
   9.     o.Alpha = c.a;  
   10. }  

 最後，整體代碼如下：[plain] view plain copy  print?

1. Shader "Custom/NormalMappedReflection" {  
2.     Properties {  
3.         _MainTint ("Diffuse Tint", Color) = (1,1,1,1)  
4.         _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}  
5.         _NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}  
6.         _Cubemap ("Cubemap", CUBE) = ""{}  
7.         _ReflAmount ("Reflection Amount", Range(0,1)) = 0.5  
8.     }  
9.     SubShader {  
10.         Tags { "RenderType"="Opaque" }  
11.         LOD 200  
12.           
13.         CGPROGRAM  
14.         #pragma surface surf Lambert  
15.   
16.         samplerCUBE _Cubemap;  
17.         sampler2D _MainTex;  
18.         sampler2D _NormalMap;  
19.         float4 _MainTint;  
20.         float _ReflAmount;  
21.   
22.         struct Input {  
23.             float2 uv_MainTex;  
24.             float2 uv_NormalMap;  
25.             float3 worldRefl;  
26.             INTERNAL_DATA  
27.         };  
28.   
29.         void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {  
30.             half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);  
31.               
32.             float3 normals = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap)).rgb;  
33.             o.Normal = normals;  
34.               
35.             o.Emission = texCUBE (_Cubemap, WorldReflectionVector (IN, o.Normal)).rgb * _ReflAmount;  
36.             o.Albedo = c.rgb * _MainTint;  
37.             o.Alpha = c.a;  
38.         }  
39.         ENDCG  
40.     }   
41.     FallBack "Diffuse"  
42. }  

效果如下（一個表明凹凸不平的反射球）：而是不加法線影響的效果（一個光滑的反射球）：   解釋 你可能已經注意到這一節的Shader和上一節中的非常類似，而有一個非常重要的不同點（上一節直接使用IN.worldRefl來尋找Cubemap）。我們想要使用逐像素的法線貼圖來修改我們的反射貼圖。為了完成這個目的，我們需要得到在應用法線貼圖後、物體的平面法線資訊。這意味著，我們需要下列代碼：[plain] view plain copy  print?

1. float3 normals = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap)).rgb;  
2. o.Normal = normals;  

一旦上述代碼在Shader中執行後，物體的平面法線將被修改；因此，我們需要使用它來影響我們的反射。我們可以通過聲明INTERNAL_DATA來訪問修改後的法線資訊，然後使用WorldReflectionVector (IN, o.Normal)去尋找Cubemap中對應的反射資訊。這是Unity提供給我們的另一個內建函數，因此我們不需要再自己寫那些冗長的代碼，而僅僅需要關注編寫Shader中產生關鍵效果的部分。   更多… 結構體中還有很多內建函數（變數），而在將來的章節中我們的確會接觸到它們。下面的表格描述了每一個內建函數的作用以及如何使用它們。你也可以訪問官網來得到更多的關於內建函數的資訊： 

float3 viewDir	包含了視角的觀察方向，主要用於計算視差效應（Parallax effects ），邊緣光照，等等。
float4 COLOR	包含了經過插入值（interpolated ）的每個頂點的顏色值。
float4 screenPos	包含了用於反射效果的螢幕座標系的位置資訊。例如，在Unity專業版的WetStreet shader中使用了它。
float3 worldPos	包含了全局座標系中的位置。
float3 worldRefl	包含了全局座標系中的反射向量，如果Surface Shader沒有重寫o.Normal。參考Reflect-Diffuse shader。
float3 worldNormal	包含了全局座標系中的法線向量，如果Surface Shader沒有重寫o.Normal。
float3 worldRefl; INTERNAL_DATA	包含了全局座標系的反射向量，如果Surface Shader重寫了o.Normal。為了得到基於逐像素的法線貼圖的反射向量，請使用WorldReflectionVector (IN,o.Normal) 。參考Reflect-Bumped shader。
float3 worldNormal; INTERNAL_DATA	包含了全局座標系的發現向量，如果Surface Shader重寫了o.Normal。為了得到基於逐像素的法線貼圖的法線向量，請使用WorldNormalVector (IN,o.Normal) 。參考Reflect-Bumped shader。

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