在Unity游戏开发中，Shader编程是实现高级图形效果的关键技术。本文将从光照模型的角度，深入解析Unity中Shader编程的细节，帮助开发者理解并掌握这一重要技能。
Shader是一种特殊的程序，用于在GPU上执行图形渲染计算。Unity中的Shader主要分为两种：表面着色器（Surface Shaders）和顶点/片段着色器（Vertex/Fragment Shaders）。表面着色器提供了更高层次的抽象，简化了编写复杂光照效果的过程；而顶点/片段着色器则提供了更灵活的控制，允许开发者直接操作每个顶点或片段。
光照模型是Shader编程的核心，它决定了物体如何与光线相互作用。在Unity中，常用的光照模型包括基础光照模型、Phong光照模型和基于物理的渲染（PBR）模型。
基础光照模型是最简单的光照模型，它只考虑物体的漫反射和高光反射。漫反射部分使用Lambertian模型，即反射光强度与入射光强度和表面法线与入射光夹角余弦的乘积成正比。高光反射部分则使用Blinn-Phong模型或Phong模型，计算视线与反射光线的夹角来模拟镜面反射。
// 简单的Lambertian漫反射 + Blinn-Phong高光反射
float3 diffuse = ambient + diffuseLight * max(0, dot(normal, lightDir));
float3 specular = specularLight * pow(max(0, dot(halfway, normal)), specularPower);
finalColor = diffuse + specular;
Phong光照模型在基础光照模型的基础上，增加了对镜面反射的详细计算。它使用Phong反射向量（即视线与光源连线的角平分线）来计算高光反射，相比Blinn-Phong模型，Phong模型在视觉上更为真实，但计算开销稍大。
// Phong高光反射计算
float3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
float specularFactor = pow(max(0, dot(viewDir, reflectDir)), specularPower);
float3 specular = specularLight * specularFactor;
PBR模型是一种更为复杂但更真实的光照模型，它基于物理原理来模拟光线与物体表面的相互作用。PBR模型包括多个子模型，如Cook-Torrance模型、Disney模型等，它们通过不同的公式和参数来控制反射、折射和散射等效果。
// 简单的PBR模型示例（Cook-Torrance模型的一部分）
float roughness = ...; // 粗糙度参数
float NDF = ...; // 法线分布函数（如GGX）
float G = ...; // 几何衰减因子
float F = ...; // Fresnel方程
float3 brdf = NDF * G * F / (4 * dot(normal, viewDir) * dot(normal, lightDir));
float3 radiance = ...; // 环境光或光源的辐射度
float3 diffuse = ...; // 漫反射部分（使用Disney模型或类似方法计算）
finalColor = (diffuse + brdf) * radiance;
在Unity中，开发者可以通过编写自定义的Shader来实现上述光照模型。Unity提供了ShaderLab和HLSL/CG语言来支持Shader编程。通过编写这些Shader代码，开发者可以创建出各种复杂的图形效果，如金属质感、玻璃质感、皮肤质感等。
本文深入解析了Unity中Shader编程的光照模型与实现。通过理解基础光照模型、Phong光照模型和PBR模型，开发者可以掌握Shader编程的核心原理，并应用于实际的游戏开发中。希望本文能为Unity开发者提供有益的参考和帮助。