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Unity Shader学习6：多盏平行光+点光源 ( 逐像素 ) 前向渲染 (Built-In)

article 2025/2/23 11:56:13

0 、分析

在前向渲染中，对于逐像素光源来说，①ForwardBase中只计算一个平行光，其他的光都是在FowardAdd中计算的，所以为了能够渲染出其他的光照，需要在第二个Pass中再来一遍光照计算。

而有所区别的操作是，②FowardAdd的Pass要能够针对 不同类型的光源 做出不同的计算方法，因为在这个pass中要处理的就不仅仅是一个平行光了，各种灯光都有可能。
虽然所有光在本质上照亮的原理都是一样的，但由于他们的形式有点不同，从宏观来看参数会有所不同，例如平行光是没有衰减的，放置在不同位置也是没有区别的，而点光源恰恰相反，光亮与光源的位置关系是紧密挂钩的。

所以内容分为两个部分，1. 两种光在计算上有何不同，2. 如何利用变体来实现不同分支的计算。

一、平行光与点光源的不同

1. 光的方向

形式的区别不再赘述，而在shader中的区别在于：虽然他们的光源数据都是存储在 _WorldSpaceLightPos0 中的，但是一个表示光的方向而另一个表示光的位置。

对于平行光来说，_WorldSpaceLightPos0.xyz就能表示光的方向（w为0）；

对点光源来说，_WorldSpaceLightPos0.xyz表示的是光的位置（w为1），而光的方向需要 再减去物体顶点位置得到。

2. 光的衰减

对于平行光来说，是没有光的衰减的；

对于点光源来说，光会随着距离衰减，其衰减与 距离平方的倒数 成正相关 [球的表面积公式为4ΠR² ] 。

二、着色器变体

着色器变体的分支结合了静态（#if 宏定义）和动态（if 语句判断）的特点：编译时会先生成多个版本的静态分支，运行时再动态地选择要执行的版本。

三、核心操作

1. 第一个ForwardBase的pass，获取光照实现PBS

//PBS
UnityLight directLight = (UnityLight)0;
directLight.color = _LightColor0.xyz;
directLight.dir = l;

UnityIndirect indirectLight = (UnityIndirect)0;
indirectLight.diffuse = 0;
indirectLight.specular = 0;

return UNITY_BRDF_PBS(albedo, _SpecColor, OneMinusReflectivity, _SpecPower, n, e
                    , CreateLight(i), indirectLight );

2. 复制出第二个ForwardAdd的pass

这里代码的复用我使用了 Unity Shader代码复用的2个方法-CSDN博客中抽离为cginc的方法。

3. ForwardAdd中创建出两个变体分支

4. 实现点光源不同的地方

将获取直接光照的代码封装成一个单独的函数，实现其两个分支的不同算法。

UnityLight CreateLight(v2f i){
    UnityLight directLight = (UnityLight)0;
    #if defined(POINT)
        float3 lightVec = _WorldSpaceLightPos0.xyz - i.posWorld;//光方向
    #else
        float3 lightVec = _WorldSpaceLightPos0.xyz ;
    #endif
    //float3 att = 1 / (1 + dot(lightVec, lightVec));//光的衰减，和距离平方的倒数成正相关，+1是为了防曝光
    UNITY_LIGHT_ATTENUATION(att, 0, i.posWorld);
    directLight.color = _LightColor0.rgb * att;
    directLight.dir = normalize(lightVec);
    return directLight;
}

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