在Unity游戏引擎中，光照模型是实现逼真视觉效果的关键。光照模型不仅影响游戏画面的真实感，还直接关系到游戏的性能和渲染效率。本文将详细介绍Unity中几种常见的光照模型实现方法，并探讨其优化技巧。
Phong光照模型是一种常用于计算机图形学的光照模型，它通过计算每个像素的反射光来模拟物体的光照效果。在Unity中，Phong光照模型可以通过Shader编程实现。
Shader "Custom/PhongLighting"
{
Properties
{
_DiffuseTex ("Diffuse Texture", 2D) = "white" {}
_SpecularTex ("Specular Texture", 2D) = "white" {}
_SpecularPower ("Specular Power", Range(1, 128)) = 32
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata_t
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float3 normal : TEXCOORD0;
float2 uv : TEXCOORD1;
float3 lightDir : TEXCOORD2;
float3 viewDir : TEXCOORD3;
};
sampler2D _DiffuseTex;
sampler2D _SpecularTex;
float _SpecularPower;
v2f vert (appdata_t v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.uv = v.uv;
float3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
o.lightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(worldPos));
o.viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed4 diffuse = tex2D(_DiffuseTex, i.uv);
fixed3 specular = tex2D(_SpecularTex, i.uv).rgb;
float3 N = normalize(i.normal);
float3 L = normalize(i.lightDir);
float3 V = normalize(i.viewDir);
float3 R = reflect(-L, N);
float diffuseFactor = dot(N, L);
float specularFactor = pow(max(dot(R, V), 0.0), _SpecularPower);
fixed4 col;
col.rgb = (diffuse.rgb * diffuseFactor) + (specular.rgb * specularFactor);
col.a = diffuse.a;
return col;
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
Lambert光照模型是一种更简单的光照模型，只计算漫反射光。它适用于不需要高光效果的场景。在Unity中，Lambert光照模型同样可以通过Shader编程实现。
Shader "Custom/LambertLighting"
{
Properties
{
_DiffuseTex ("Diffuse Texture", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 100
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata_t
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float3 normal : TEXCOORD0;
float2 uv : TEXCOORD1;
};
sampler2D _DiffuseTex;
v2f vert (appdata_t v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed4 diffuse = tex2D(_DiffuseTex, i.uv);
float3 N = normalize(i.normal);
float3 L = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(mul(unity_ObjectToWorld, i.pos).xyz));
float diffuseFactor = dot(N, L);
fixed4 col;
col.rgb = diffuse.rgb * diffuseFactor;
col.a = diffuse.a;
return col;
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
阴影映射是一种常用的实时阴影生成技术。它通过在场景中渲染一个深度纹理，然后在后续渲染过程中使用该纹理来判断哪些部分处于阴影中。在Unity中，可以使用内置的Directional Light和Cascade Shadow Maps来实现阴影映射。
光照贴图是一种静态光照技术，适用于场景中的静态物体。它通过在烘焙阶段计算光照信息，并将其存储在光照贴图中，从而在游戏运行时减少计算量。在Unity中，可以使用内置的Lightmapping工具来生成光照贴图。
在Unity中实现光照效果时，性能优化至关重要。以下是一些常见的性能优化技巧：
Unity中的光照模型是实现逼真视觉效果的基础。通过选择合适的光照模型和优化技巧，可以在保证视觉效果的同时，提高游戏的性能和渲染效率。本文介绍了Phong光照模型和Lambert光照模型的实现方法，并探讨了阴影映射、光照贴图和性能优化等技巧，希望能对读者有所帮助。