一、在切線空間下，法線紋理映射的shader實作
1、基本思想
在片元着色器中通過對紋理的采樣得到切線空間下的法線，然後再與切線空間下的視角方向，光照方向等進行計算，得到最終的光照結果。
2、源碼
Shader "Custom/Texture/TangentNormalTextute"
{
Properties
{
//主紋理的貼圖
_MainTex ("Texture", D) = "white" {}
_Color("Color",Color)=(,,,)
//法線貼圖
_BumpMap("NormalMap",D)="white"{}
//控制凹凸程度
_BumpScale("BumpScale",Float)=
//高光顔色
_Specular("Specular",Color)=(,,,)
//高光系數
_Gloss("Gloss",Range(,))=
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD
Pass
{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
fixed4 _Color;
sampler2D _BumpMap;
float4 _BumpMap_ST;
float _BumpScale;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float4 uv : TEXCOORD0;
float3 normal:NORMAL;
float4 tangent:TANGENT;
};
struct v2f
{
float4 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
float3 lightDir:TEXCOORD1;
float3 viewDir:TEXCOORD2;
};
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
//将頂點位置轉化到剪切空間
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//計算主紋理的縮放和平移值
o.uv.xy = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
//計算法線的縮放和平移值
o.uv.zw= TRANSFORM_TEX(v.uv, _BumpMap);
//float3 binormal=cross(normalize(v.normal),normalize(v.tangent.xyz))*v.tangent.w;
//float3x3 rotation=float3(v.tangent.xyz,binormal,v.normal);
//與上面注釋代碼功能相同，直接計算得到rotation變換矩陣
TANGENT_SPACE_ROTATION;
//擷取模型空間下的光照方向
o.lightDir=mul(rotation,ObjSpaceLightDir(v.vertex)).xyz;
//擷取模型空間下的視角方向
o.viewDir=mul(rotation,ObjSpaceViewDir(v.vertex)).xyz;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed3 tangentLightDir=normalize(i.lightDir);
fixed3 tangentViewDir=normalize(i.viewDir);
//解析法線貼圖的紋理資訊
fixed4 pcakedNormal=tex2D(_BumpMap,i.uv.zw);
fixed3 tangentNormal;
tangentNormal=UnpackNormal(pcakedNormal);
//改變凹凸程度
tangentNormal.xy*=_BumpScale;
tangentNormal.z=sqrt(-saturate(dot(tangentNormal.xy,tangentNormal.xy)));
//材質反射率
fixed3 albedo=tex2D(_MainTex, i.uv).rgb*_Color.rgb;
fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz*albedo;
fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb * albedo*max(,dot(tangentNormal,tangentLightDir));
fixed3 halfDir=normalize(tangentLightDir+tangentViewDir);
fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(max(,dot(tangentNormal,halfDir)),_Gloss);
return fixed4(ambient+diffuse+specular,);
}
ENDCG
}
}
}
二、在世界空間下，法線紋理映射的shader實作
1、基本思想
在頂點着色器中計算從切線空間到世界空間的變換矩陣，并把它傳遞個片元着色器。變換矩陣的計算可以有頂點的切線、副切線和法線在世界空間下的表示來得到。最後我們隻需要在片元着色器中把法線紋理中的法線方向從切線空間變換到世界空間下即可。
2、源碼
// Upgrade NOTE: replaced ‘_Object2World’ with ‘unity_ObjectToWorld’
Shader “Custom/Texture/WorldNormalTextute”
{
Properties
{
_MainTex (“Texture”, 2D) = “white” {}
_Color(“Color”,Color)=(1,1,1,1)
_BumpMap(“NormalMap”,2D)=”white”{}
_BumpScale(“BumpScale”,Float)=1.0
_Specular(“Specular”,Color)=(1,1,1,1)
_Gloss(“Gloss”,Range(8.0,256))=20
}
SubShader
{
Tags { “RenderType”=”Opaque” }
LOD 100
Pass
{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc"
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
fixed4 _Color;
sampler2D _BumpMap;
float4 _BumpMap_ST;
float _BumpScale;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float4 uv : TEXCOORD0;
float3 normal:NORMAL;
float4 tangent:TANGENT;
};
struct v2f
{
float4 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
float4 TtoW1:TEXCOORD1;
float4 TtoW2:TEXCOORD2;
float4 TtoW3:TEXCOORD3;
};
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv.xy = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
o.uv.zw= TRANSFORM_TEX(v.uv, _BumpMap);
float3 worldPos=mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
float3 worldNormal=UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
float3 worldTangent=UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz);
float3 worldBinormal=cross(worldNormal,worldTangent)*v.tangent.w;
o.TtoW1=float4(worldTangent.x,worldBinormal.x,worldNormal.x,worldPos.x);
o.TtoW2=float4(worldTangent.y,worldBinormal.y,worldNormal.y,worldPos.y);
o.TtoW3=float4(worldTangent.z,worldBinormal.z,worldNormal.z,worldPos.z);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float3 worldPos=fixed3(i.TtoW1.w,i.TtoW2.w,i.TtoW3.w);
fixed3 lightDir=normalize(UnityWorldSpaceLightDir(worldPos));
fixed3 viewDir=normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));
fixed3 bump=UnpackNormal(tex2D(_BumpMap,i.uv.zw));
bump.xy*=_BumpScale;
bump.z=sqrt(1.0-saturate(dot(bump.xy,bump.xy)));
bump=normalize(half3(dot(i.TtoW1.xyz,bump),dot(i.TtoW2.xyz,bump),dot(i.TtoW3.xyz,bump)));
fixed3 albedo=tex2D(_MainTex, i.uv).rgb*_Color.rgb;
fixed3 ambient=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz*albedo;
fixed3 diffuse=_LightColor0.rgb * albedo*max(0,dot(bump,lightDir));
fixed3 halfDir=normalize(lightDir+viewDir);
fixed3 specular=_LightColor0.rgb*_Specular.rgb*pow(max(0,dot(bump,halfDir)),_Gloss);
return fixed4(ambient+diffuse+specular,1.0);
}
ENDCG
}
}
}
