自底向上的SRP教程 III

Directional Lights

对 Catlike Coding 教程的解析与补充

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1.设置多个Pass

private static ShaderTagId litShaderTagId = new ShaderTagId("CustomLit");
drawingSettings.SetShaderPassName(1, litShaderTagId);

DrawRendererSettings.SetShaderPassName(index,shaderPassName), index是Pass索引，用于控制绘制传递的顺序，shaderPassName为Pass名称

2.计算入射光照

float3 IncomingLight(Surface surface, Light light)
{
    return saturate(dot(surface.normal, light.direction)) * light.color;
}

• 表面法线与光照方向点积后乘灯光颜色得到入射光照
• saturate(v) 将v夹取到[0,1]区间(表面朝向光源时才是对的)

3.向GPU发送灯光数据

private void SetupDirectionLight()
{
    Light light = RenderSettings.sun;
    buffer.SetGlobalVector(dirLightColorId, light.color.linear * light.intensity);
    buffer.SetGlobalVector(dirLightDirectionId, -light.transform.forward);
}

• RenderSettings.sun 访问场景主光源(可以在 Window -> Rendering -> LightingSetting 设置)
• color.linear 关于为什么用线性值：
  物理世界中光的强度和亮度成正比，也就是线性(Linear)关系，但光电转换(显示器)却不是线性的，亮度增加量等于电压增加量的2.2次幂，这个值称为显示器的Gamma值(当然不一定都是这个值)，也就是说当电压线性变化时，对比线性空间，Gamma空间的亮度在暗处变化慢占据数据范围更广，颜色会整体偏暗。当然计算机在处理的时候肯定是直接使用线性空间(对计算机而言都是数据)
  • Gamma校正：因为显示器显示的颜色空间为非线性，当我们输入一张线性空间的图片，输出时颜色就会失真，这时我们需要校正其色彩。实际上只需要进行一个Gamma值的逆运算$c_0=c_{i}^{\frac{1}{Gamma}}$，即可让图片回归线性空间，输出的图片就和物理世界一样。
  • sRGB：上边说了Gamma校正的原理，既然大家都需要做Gamma校正，不妨直接开发一个标准，大家都遵循这个标准，对物理空间的颜色预先做一次处理，然后再进过显示器输出得到物理世界的真实色彩。这个标准就是sRGB，在输出图片时直接对图片进行一次$\frac{1}{Gamma}$的处理(这个幂次一般是1÷2.2≈0.45)
• -light.transform.forward 这里取负是因为需要光的来源方向而不是照射方向

4.发送多个光源数据

private void SetupLights()
{
    NativeArray<VisibleLight> visibleLights = cullingResults.visibleLights;
}

• 不用List用NativeArray的原因是：不需要GC，生成销毁代价低，适合作为临时数据结构
• cullingResults.visibleLights 获取可见光(Unity在剔除阶段会找到哪些光源会影响相机的可见空间)

5.支持多个方向光

private void SetupDirectionLight(int index, ref VisibleLight visibleLight)
{
    dirLightColors[index] = visibleLight.finalColor;
    dirLightDirections[index] = -visibleLight.localToWorldMatrix.GetColumn(2);
}

• visibleLight.finalColor 灯光的颜色乘以光强得到最终的颜色值
• visibleLight.localToWorldMatrix 获取光源矩阵

• GetColumn(2) 至于为什么矩阵第三列为光源方向：光源空间下光源正方形为z轴
  $$
  \begin{bmatrix}
  m_{00} & m_{01} & m_{02} & m_{03} \
  m_{10} & m_{11} & m_{12} & m_{13} \
  m_{20} & m_{21} & m_{22} & m_{23} \
  m_{30} & m_{31} & m_{32} & m_{33} \
  \end{bmatrix}
  \begin{bmatrix}
  0 \
  0 \
  1 \
  0 \
  \end{bmatrix}

  \begin{bmatrix}
  m_{02} \
  m_{12} \
  m_{22} \
  m_{32} \
  \end{bmatrix}
  $$

6. ShaderGUI

public class CustomShaderGUI : ShaderGUI
{
    MaterialEditor editor;
    Object[] materials;
    MaterialProperty[] properties;

    public override void OnGUI(MaterialEditor materialEditor, MaterialProperty[] properties)
    {
        base.OnGUI(materialEditor, properties);
        this.editor = materialEditor;
        materials = editor.targets;
        this.properties = properties;
    }
}

继承ShaderGUI,在OnGUI方法中实现

• editor.targets获取所有正在检视的material对象
• properties获取shader属性

bool SetProperty(string name, float value)
{
    MaterialProperty property = FindProperty(name, properties, false);
    if(property != null)
    {
        property.floatValue = value;
        return true;
    }
    return false;
}
void SetProperty(string name, string keyword, bool enable)
{
    if(SetProperty(name, enable ? 1f : 0f))
    {
        SetKeyword(keyword, enable);
    }
}
void SetKeyword(string keyword, bool enable)
{
    if(enable)
    {
        foreach(Material m in materials)
        {
            m.EnableKeyword(keyword);
        }
    }
    else
    {
        foreach(Material m in materials)
        {
            m.DisableKeyword(keyword);
        }
    }
}

• FindProperty(string propertyName, MaterialProperty[] properties, bool propertyIsMandatory) 查找材质属性
  • propertyName属性名
  • properties属性数组
  • propertyIsMandatory如果传入true,没有找到属性时会抛出异常

(下接 自底向上的SRP教程IV)