之前总结过纹理管线的基础知识
【技术美术图形部分】纹理基础1.0-纹理管线_flashinggg的博客-CSDN博客
参考书籍
《Unity Shader 入门精要》冯乐乐，本篇博客对应书的7.1章节内容。
1 使用单张纹理的Shader完整代码
与书中不同的是，我的漫反射选择的是半兰伯特。
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 7/Single Texture"
{
Properties
{
_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
_Specular ("Specular", Color) = (1, 1, 1, 1)
_Gloss ("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20
_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
Pass {
Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
//properties
fixed4 _Color; //用来控制物体的整体色调！
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
sampler2D _MainTex; //用这个纹理来表示漫反射颜色
float4 _MainTex_ST; //固定用法：纹理名称_ST -> 纹理的缩放和平移属性值
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0; //将第一组纹理坐标储存在texture里
};
struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;
float2 uv : TEXCOORD2; //变量uv便于片元着色器进行纹理采样
};
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
//变换后的顶点纹理坐标
//_MainTex_ST.xy是缩放，.zw是平移
o.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
//o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex); //也有Unity内置宏处理纹理变换过程
return o;
}
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
fixed3 worldlightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos));
fixed3 halfDir = normalize(viewDir + worldlightDir);
fixed halfLambert = dot(worldNormal, worldlightDir) * 0.5 +0.5;
//albedo - 材质的基础固有色，可以是纹理贴图/纯色的单色
//纹理颜色 和 控制色调的_Color 混合 -> 即相乘
fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color.rgb;
//环境光
//这里的ambient也是经过：light -> 物体 -> 反射出环境光，因此需要用光的颜色✖物体的albedo
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
//漫反射
//用了半兰伯特
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * halfLambert;
//高光
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(halfDir, worldNormal)), _Gloss);
return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Specular"
}
Game视图的动态效果
当然这并不符合常理（指砖块不会有这么大的高光效果），仅作为一个单张纹理应用的参考吧！
2 纹理相关的shader代码解析
纹理不同于之前实现简单的光照，会用到更多的知识，在写shader的时候我也有一些疑惑的点，这里就来记录一下。
2.1 用纹理代替_Color作为漫反射颜色
Properties中加入了_MainTex：
纹理来自导入的外部.jpg图片：
2.2 sampler2D与2D
Pass中Cg代码中声明了与Properties语义块属性相匹配的变量：
//properties
fixed4 _Color; //用来控制物体的整体色调！
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
sampler2D _MainTex; //用这个纹理来表示漫反射颜色
float4 _MainTex_ST; //固定用法：纹理名称_ST -> 纹理的缩放和平移属性值 其中，_MainTex类型——sampler2D。sampler2D是Cg变量类型，对应着ShaderLab属性类型的2D。
2.3 _MainTex_ST -> 纹理名_ST
纹理名_ST——即代码中的"_MainTex_ST"，是一种Unity的固定方式，以声明纹理的属性，ST是缩放（Scale）和平移（Translation）的缩写。
2.4 Unity内置宏处理纹理变换
可以看到顶点着色器代码段中，求传递给片元着色器的顶点纹理坐标是经过缩放、平移变换后的结果，这个结果即可以老老实实用“缩放相乘、平移相加”的步骤：
o.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;也可以直接用内置宏TRANSFORM_TEX：
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);3 光照相关的shader代码解析
其实想把这部分重点放在定义的一个变量——albedo上面，其实在代码中我也有注释，尽量解释了每个涉及到albedo代码的意思。
3.1 albedo与_Color
fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color.rgb;3.1.1 _Color的作用是？
albedo，材质的反射率，你可以理解为它被用来定义物体（也就是SingleTex这个材质）的基础固有色。上述代码段中我理解tex2D(_MainTex, i.uv).rgb是在进行纹理采样获取当前片元的纹理颜色，作为漫反射颜色。但我不理解为什么需要再乘以_Color.rgb值，要知道这个值在之前进行光照模型的时候是当作材质的漫反射颜色（一个单色），按理来说它应该直接被纹理颜色取代了才是。
这个问题很快就解决了。通过调试发现——留下_Color这个变量是为了控制物体在光照下的整体色调的。
3.1.2 类比_Specular的作用？
也是可以控制高光的色彩，特别是以后面对一些金属，高光会呈现跟基础色不同的颜色。
3.2 环境光计算与albedo
计算漫反射将之前的_Color替换成了albedo都能理解，可为什么计算环境光颜色还需要乘一个albedo？为什么是：
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;而不是直接：
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;3.2.1 albedo加与不加的效果对比
不✖albedo：
✖albedo：
好吧......光看这里差别不是很明显，但是还是有一点区别的！那就是“乘以albedo后整体变暗了”。
现在知道二者在效果上的差别了，那么下一步就是：为什么？
3.2.2 为什么要✖albedo？
- 问题1：环境光这一项是为了干什么？
让我们回顾一下：环境光是为了在只能计算直接光照的标准光照模型中，近似模拟出间接光照的效果（这并不是真正的间接光照哈！），而且整个场景中的物体都会使用同一个环境光，它通常是一个全局变量。这个全局的环境光的颜色和强度信息如何获取？在shader代码中体现的就是UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT这个内置变量。
- 问题2：光源经历了什么到达人眼？
这就要涉及到，我们渲染光照目的是模拟人眼看到的颜色效果，而人眼看到的光实际上是经历了：光源发出-->在物体（材质）上进行一部分吸收，再反射-->传递到人眼，这一个过程，而非直接来自光源。
再结合之前的albedo定义——反射率，所以最终的返回值result中的ambient应该=环境光颜色 * 物体的albedo，这才是最终人眼看到的颜色。
3.3 高光反射计算与albedo
3.3.1 不考虑albedo的效果
书中的例子并没有给高光项specular也✖albedo，那么让我们修改一下代码，书中的效果其实是：
//环境光项
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
//漫反射项
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * halfLambert;
//高光项
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(saturate(dot(halfDir, worldNormal)), _Gloss);
//结果
fixed3 resultColor = albedo * (diffuse + ambient ) + specular;
return fixed4(resultColor, 1.0);为了与木材粗糙的外观吻合，_Gloss取最小值8，效果如下：
3.3.2 考虑albedo的效果
这时代码部分result就要变成：
fixed3 resultColor = albedo * (diffuse + ambient + specular);效果如下：
明显后者的效果相对更接近木材这种材质，但思考一下，如果换成金属，那毫无疑问就是前者更合适了。
因此，对于高光项，是否✖材质的基础色，需要结合材质的显示外观效果来综合考虑。
4 Unity Shader中颜色相加和相乘
UnityShader学习（二）像素颜色和颜色向量相加相乘的理解_zsffff的博客-CSDN博客
可以看看上面这篇文章，总结得很好！
个人理解：相乘就是颜色需要在进入人眼之前先进行融合，例如环境光计算需要将环境光颜色✖物体基础色；相加就是进入人眼的时刻RGB三通道彼此不相影响，例如漫反射、高光和环境光三者是互不影响的。