三色环境光材质

• 先放上最终效果
• 这里将环境光分为上中下三层，顶层是红色的，中间那层是绿色的，下层则是蓝色的。环境光遮蔽效果则是直接采样事先准备好的AO贴图。

首先是上层环境光：

• 这里我们只需要法线向量的第二个分量，也就是(x,y,z)三个分量中我们只需要y分量，以像素点的xz平面为分界，y的朝向指代了平面上下两个部分。
• 这里的法线方向是在世界空间中取的值，所以会随着模型的朝向改变而改变。
• 因为我们现在要的是上层环境光，直接取值y。三个分量都有可能取到负值，所以我们要直接剔除掉可能小于0的部分。
• 最后的结果乘上颜色，就是上层环境光的效果。

然后是下层环境光：

• 下层环境光其实原理相似，不同之处在于我们要让y轴乘上-1，因为我们现在要获取的是像素xz平面以下的环境光。

然后是中层环境光：

• 中层环境光需要用到前两求出来的上下环境光。1-上层-下层 = 中层。我个人是感觉很抽象，不是很理解，可能要从整体效果去看，除去上层和下层的环境光效果，剩下的就是模型周围一圈的环境光效果。

最后的处理：

• 最后三层环境光结果求和，并对事先准备好的AO贴图进行采样相乘就是自发光的结果。

代码部分：

Shader "shader forge/L7_AO_3ColAmbient1"
{
    Properties
    {
        _EnvAO("EnvAO_texture",2D) = "white"{}
        _UpColor("UpColor",color) = (0.5,0.5,0.5,1)
        _MidColor("MidColor",color) = (0.5,0.5,0.5,1)
        _DownColor("DownColor",color) = (0.5,0.5,0.5,1)
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // make fog work
            #pragma multi_compile_fog

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal:NORMAL;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;     
                float3 nDir : TEXCOORD1;
            };

            sampler2D _EnvAO;
            float4 _EnvAO_ST;
            uniform float4 _UpColor;
            uniform float4 _MidColor;
            uniform float4 _DownColor;

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv =  v.uv;   //TRANSFORM_TEX(v.uv, _EnvAO);
                o.nDir = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);                
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                //归一化法向量
                float3 nDir = normalize(i.nDir);

                //算上中下三层的环境光因子
                float nUp = max(nDir.y,0.0);
                float nDown = max(nDir.y * -1.0f, 0.0);
                float nMid = 1 - nUp - nDown;

                //算上中下三层环境光的颜色
                float3 nUpColor = nUp * _UpColor.xyz;
                float3 nMidColor = nMid * _MidColor.xyz;
                float3 nDownColor = nDown * _DownColor.xyz;

                //得到最后三色环境光总色
                float3 col3Color = nUpColor + nMidColor + nDownColor;

                //采样AO贴图
                //fixed4 AO_tex = tex2D(_EnvAO, i.uv);
                float AO_tex = tex2D(_EnvAO, i.uv);
                
                //给AO贴图加上三色环境光效果
                // fixed4 finalColor = AO_tex * fixed4(col3Color,1.0f);
                float3 finalCol = AO_tex * col3Color;

                //返回最终颜色
                //return finalColor;
                return fixed4(finalCol,1.0);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

• 这里需要注意一点的是在采样贴图的时候，这里的返回类型是float，但其实tex2D函数返回值应该是一个float4变量的值，因为这里只要float，那就返回采样结果(x,y,z,w)的第一个分量，也就是x通道。
• tex2D函数作用：CG程序中用来在一张贴图中对一个点进行采样的方法，返回一个float4，通过一个二维uv坐标在纹理上，获取该处值​​​​​​​。
  • float4 Tex2D(sampler2D tex, float2 s) ：s-需进行查找的纹理坐标(uv)。
  • 其中根据纹理的类型不同，获取的值的含义也不一样，普通纹理一般代表的是该点的颜色值。
    

那到目前为止的效果是只有明暗，没有投影。

阴影及光衰

去看了下shader forge的light attenuation节点连接自发光选项的代码，发现用到了unity自己封装好的函数，头文件是AutoLight.cginc。

简单说下就是point light、spot light和direction light的LIGHT_ATTENUATION函数都是有点不一样的：

• point light：
  
  

• spot light：
  
  

• direction light：
  
  

• 这个阴影衰减需要去UnityShadowLibrary.cginc和HLSLSupport.cginc里去看。

• 还有三种光源的cookie定义，这里没用到cookie就不介绍了。

啊对，还需要注意，之前提过，用的shader forge已经不再对unity的更新版本进行支持，所以这里的衰减函数已经被新函数替代了。

• Unity在升级到2018版本之后，shader的内置函数LIGHT_ATTENUATION(i)，即衰减率attenuation，被新的内置函数所替代。
• 新的内置函数为UNITY_LIGHT_ATTENUATION(attenuation, i, i.posWorld.xyz);，其中里面第一个参数就是你需要的得到的值（衰减率），后面可以直接使用，不需要再次声明。

这里还能用没报错不知道咋回事，上网搜了一下发现只有unity2018版本的shader包含LIGHT_ATTENUATION(i)函数会报错，其他版本好像没看见，原因可能是因为版本问题。我用的是2021版本的，正常运行。

下面直接放上原理：

• 所以最后的蓝图是由两大部分组成的：光源和环境，每种又分为漫反射和镜面反射。
• 但是在下面的蓝图中暂时不添加环境中的镜面反射部分。
• 下面蓝图主要是光源中的漫反射(兰伯特光照)和镜面反射(blinnphong光照)的总和再添加一个光衰(也就是投影效果)。再加上刚刚说的环境中的漫反射(三色环境光，要对环境光遮蔽贴图进行采样)。