UnityShader镜面反射计算与反射光向量推导

Posted 2021-03-04 w199753

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注：本文章主要讲解计算方法及推导，原理暂不讲解

什么是镜面反射？

? 镜面反射（Specular）又叫高光反射，主要可以来模拟非常光滑的平面受到光线照射所产生的反射效果，使得物体看起来更光滑有光泽。

如何实现镜面反射？

? 镜面反射主要有两种实现方式:
? Phong模型：

? 该模型中关键步骤就是计算反射光线。需要提前知道的信息有：
? Ks（物体材质的高光反射颜色即材质rgb分量），lightColor（光的颜色即光的rgb分量），shininess（为反光度系数，越大亮点越小）。
? 需要计算：R（反射光向量）V（观察点向量）这两个为计算重点。
? 反射光直接使用shader中的reflect函数就可以计算，在这里我们手动进行推导一下：

? ? 在计算之前，我们只知道入射光向量（AO）和法向量（OP‘），我们需要求的OB。推导如下：

? 现在我们知道了想要求出OB，还必须要求出来OP，但我们现在只知道OP’，OP怎么求呢？推导如下：

? 现在我们求出了OB=AO+2OP。OP=-(AO·N)N。最后联立两式可得：OP=AO-(AO·N)*N。这里的OP就是反射光向量R。切记在计算中对法向量单位化是很重要的一步。
? 计算观察点向量就简单多了，只需要知道相机的位置就可以，Shader中内置变量_WorldSpaceCameraPos 便捷的提供了相机位置。_WorldSpaceCameraPos-目标点就求出了观察点向量V。最后所有的值都求了出来，就可以计算了。

? Blinn-Phong模型：

该模型是对Phong的改进，为了解决反射光计算的耗时问题。
? Ks（物体材质的高光反射颜色即材质rgb分量），lightColor（光的颜色即光的rgb分量），shininess（为反光度系数，越大亮点越小）。
? 需要计算：H（入射光向量与观察点向量的中间向量）。计算很简单：normalize(入射光向量+观察点向量），入射光向量已知，观察点向量还和上面的计算方法一样。

两模型的对比

可见Blinn-Phong模型的计算要简单快速很多。