Unity Shaders and Effects Cookbook (3-6) 创建各向异性高光类型(Anisotropic) 模拟金属拉丝效果

Posted 2022-07-29 _Captain

这一次学习各向异性高光类型，名字真拗口，Anisotropic 这个英文单词也很拗口。

各向异性是模拟物体表面 沟槽方向性的高光反射类型，他会修改或延伸垂直方向上的高光。

比如模拟金属拉丝的效果，就可以使用各向异性来模拟。

转自http://blog.csdn.net/huutu http://www.thisisgame.com.cn

首先需要准备一张各向异性 的法线贴图，代表各向异性镜面高光的方向性。

注意法线贴图导入到Unity之后要在属性面板中勾选类型为 Normal Map。

首先在 Properties 块中添加相应的属性

	Properties 
	
		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" 
		_MainTint("Diffuse Tint",Color)=(1,1,1,1)

		_SpecularColor("Specular Color",Color)=(1,1,1,1)
		_Specular("Specular Amount",Range(0,1))=0.5
		_SpecularPower("Specular Power",Range(0,1))=0.5
		_AnisoDir("Anisotropic Direction",2D)=""
		_AnisoOffset("Anisotropic Offset",Range(-1,1))=-0.2
	

然后声明对应的变量供Subshader 使用

		sampler2D _MainTex;
		float4 _MainTint;
		float4  _SpecularColor;
		float _Specular;
		float _SpecularPower;
		sampler2D _AnisoDir;
		float _AnisoOffset;

其中的 _AnisoDir  是留给法线贴图的。

因为需要读取法线贴图的数据，所以修改 Input 结构体，把法线贴图的 UV 变量加入。

		struct Input 
			float2 uv_MainTex;
			float2 uv_AnisoDir;
		;

Unity 中默认的 SurfaceOutput 不符合我们这个Shader 的需求了，所以需要自定义一个

		struct SurfaceAnisoOutput
		
			fixed3 Albedo;
			fixed3 Normal;
			fixed3 Emission;
			fixed3 AnisoDirection;
			half Specular;
			fixed Gloss;
			fixed Alpha;
		;

然后在 Surf 函数中，使用 UnpackNormal 读取 法线贴图中的数据。通过 SurfaceAnisoOutput 传递到 光照模型函数中

		void surf (Input IN, inout SurfaceAnisoOutput o) 
			half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _MainTint;

			float3 anisoTex=UnpackNormal(tex2D(_AnisoDir,IN.uv_AnisoDir));

			o.AnisoDirection=anisoTex;
			o.Specular=_Specular;
			o.Gloss=_SpecularPower;
			o.Albedo = c.rgb;
			o.Alpha = c.a;
		

添加光照模型函数

		inline fixed4 LightingAnisotropic(SurfaceAnisoOutput s,fixed3 lightDir,half3 viewDir,fixed atten)
		
			//计算半角向量
			fixed3 halfVector=normalize(normalize(lightDir)+normalize(viewDir));

			//计算法线和光照方向的cos值
			float NdotL=saturate(dot(s.Normal,lightDir));

			//
			fixed HdotA=dot(normalize(s.Normal + s.AnisoDirection) , halfVector);

			float aniso=max(0,sin(radians((HdotA + _AnisoOffset)*180)));

			float spec=saturate(pow(aniso,s.Gloss*128) * s.Specular);

			fixed4 c;
			c.rgb=( (s.Albedo * _LightColor0.rgb * NdotL)  + (_LightColor0.rgb * _SpecularColor.rgb * spec)) * (atten * 2);
			c.a=1.0;
			return c;
		

Shader 编写好之后，创建 Material，在场景中创建3D GameObject，设置 Material，然后把法线贴图 赋值到 Material 中，最终效果如下 转自http://blog.csdn.net/huutu http://www.thisisgame.com.cn

实现原理：

在光照模型函数中，首先计算半角向量

//计算半角向量
			fixed3 halfVector=normalize(normalize(lightDir)+normalize(viewDir));

然后将 顶点法线 与 各向异性法线贴图的每个像素求和，然后进行normalize，再与 半角向量 进行点积运算。

fixed HdotA=dot(normalize(s.Normal + s.AnisoDirection) , halfVector);

这样得到的浮点值 HdotA。

当HdotA ==1，表示物体表面法线 与 halfVector 平行。

当 HdotA==0，表示物体表面法线 与 halfVector 垂直。

然后，使用 sin() 函数对这个值进行修改。

loat aniso=max(0,sin(radians((HdotA + _AnisoOffset)*180)));

最后，对 aniso 值产生的效果进行放大，对它进行 s.Gloss 方求幂，再乘上 s.Specular 值，在全局范围内降低它的强度。

float spec=saturate(pow(aniso,s.Gloss*128) * s.Specular);

书上提到，需要指定着色器使用 Shader model 3.0 模式。

#pragma target 3.0

我测试后法线不指定也是可以的。

到wiki上找到关于 target 的一些比较

2.0 or default

Compiles the shader under shader model 2. Model 2 has more limitations than 3 but is more compatible. Uses shader model 1.1 for vertex shaders.

Vertex: 128 instruction limit. Fragment: 96 instruction limit (32 texture + 64 arithmetic), 16 temporary registers and 4 texture indirections.

3.0

Compiles the shader under shader model 3. Model 3 is more powerful and flexible than 2 but is less compatible.

Vertex: no instruction limit.

Fragment: 1024 instruction limit (512 texture + 512 arithmetic), 32 temporary registers and 4 texture indirections.

It is possible to override these limits using #pragma profileoption directive.

For example, #pragma profileoption MaxTexIndirections=256 raises texture indirections limit to 256.

See #pragma profileoption for more information. Note that some shader model 3.0 features, like derivative instructions, aren't supported by vertex or fragment shaders.

You can use #pragma glsl to translate to GLSL instead which has fewer restrictions. See #pragma glsl for more information.

查看相关网页

http://www.ceeger.com/Components/SL-ShaderPrograms.html

http://wiki.unity3d.com/index.php?title=Shader_Code

示例项目打包下载：

http://pan.baidu.com/s/1eSK1rl4