43.双面渲染的透明效果

3.光照模型-漫反射光照模型-兰伯特光照模型-必备知识点

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3.1 知识点

两个颜色相乘

在计算机图形学中，两个颜色相乘通常用于计算光照、材质混合、纹理混合等需求。这是一种用于混合颜色的操作，结果可以理解为两种颜色叠加在一起的效果。

颜色相乘的计算方式

• 颜色相乘通常是使用颜色通道的值来执行逐通道的乘法。例如：

  • 颜色A、B都是 fixed4 类型的变量
  • 颜色A * 颜色B = (A.r * B.r, A.g * B.g, A.b * B.b, A.a * B.a)

  计算的结果是A、B颜色叠加后的结果。

颜色相乘总结

• 两个颜色变量相乘，得到的结果表示两个颜色叠加在一起。

漫反射基本概念

• 漫反射（Diffuse Reflection） 是光线撞击一个物体表面后以各个方向均匀地反射出去的过程。

• 漫反射下，光线以无规律的方式散射，不像镜面反射那样按照特定的角度反射。

• 这种散射导致了物体表面看起来均匀而不闪烁的效果。

兰伯特光照模型的来历和原理

• 兰伯特光照模型，也称为朗伯反射模型，是瑞士数学家约翰·海因里希·朗伯（Johann Heinrich Lambert）于1760年左右首次提出的。
• 朗伯是18世纪的一位杰出科学家，在光学和数学领域作出了众多贡献。
• 兰伯特光照模型描述了漫反射表面对光线的反射行为，成为计算机图形学和渲染中的重要基础模型之一。

原理

兰伯特光照模型的理论认为，漫反射光的强度仅与入射光的方向和反射点处表面法线的夹角的余弦成正比。

解释

光源和法线的夹角越小，反射强度就越大。

兰伯特光照模型的公式

• 公式：漫反射光照颜色 = 光源的颜色 * 材质的漫反射颜色 * max(0, 标准化后物体表面法线向量·标准化后光源方向向量)

公式中的关键点

1. 光源的颜色 * 材质的漫反射颜色：这是对两个颜色的叠加，不重要。
2. 法线向量·光源方向向量：计算的结果是 cosθ，标准化后可以认为是长度为1的单位向量。
3. **max(0, cosθ)**：目的是避免负数，模型背面的部分找不到光，乘以0，显示为黑色。

如何在Shader中获取公式中的关键信息

1. 光源的颜色
   在 Lighting.cginc 内置文件中使用 _LightColor0。

2. 光源的方向
   _WorldSpaceLightPos0 表示光源0在世界坐标系下的位置。

3. 向量归一化方法
   使用 normalize 函数。

4. 取最大值方法
   使用 max 函数。

5. 点乘方法
   使用 dot 函数。

6. 兰伯特光照模型环境光变量
   使用 UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb 模拟环境光对物体的影响，避免物体阴影部分完全黑暗。

7. 将法线从模型空间转换到世界空间
   使用 UnityObjectToWorldNormal 函数。

总结

兰伯特光照模型的公式是：

漫反射光颜色 = 光源的颜色 * 材质的漫反射颜色 * max(0, 标准化后物体表面法线向量·标准化后光源方向向量)

这个模型用于计算物体表面在不同光源角度下的反射效果，是渲染中实现逼真光照的重要基础。

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3.2 知识点代码

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Lesson03_光照模型_漫反射光照模型_兰伯特光照模型_必备知识点 : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        #region 知识点一 两个颜色相乘
        
        //两个颜色变量相乘，通常用于计算光照、材质混合、纹理混合等等需求
        //它是一种用于混合颜色的操作
        //计算结果可以理解为两种颜色叠加在一起的效果
        //在颜色相乘中，通常是使用颜色通道的值来执行逐通道的乘法
        //举例：
        //颜色A、B都是 fixed4 类型的变量
        //颜色A * 颜色B = (A.r * B.r, A.g * B.g, A.b * B.b, A.a * B.a);
        //那么得到的这个结果就是A、B颜色叠加后的结果

        //总结：
        //两个颜色变量相乘，得到的结果表示两个颜色叠加在一起
        
        #endregion

        #region 知识点二 漫反射基本概念
        
        //漫反射（Diffuse Reflection）是光线撞击一个物体表面后以各个方向均匀地反射出去的过程
        //在漫反射下，光线以无规律的方式散射，而不像镜面反射那样按照特定的角度反射。
        //这种散射导致了物体表面看起来均匀而不闪烁的效果。
        
        #endregion

        #region 知识点三 兰伯特光照模型的来历和原理
        
        //兰伯特(Lambert)光照模型，也称为朗伯反射模型
        //是由瑞士数学家约翰·海因里希·朗伯（Johann Heinrich Lambert）于1760年左右首次提出
        //朗伯是18世纪的一个杰出科学家，他在光学和数学领域作出了众多贡献。
        //兰伯特光照模型描述了漫反射表面对光线的反射行为，它成为计算机图形学和渲染中重要的基础模型之一

        //原理：
        //兰伯特光照模型的理论是
        //认为漫反射光的强度仅与入射光的方向和反射点处表面法线的夹角的余弦成正比
        
        //说人话：
        //就是光源和法线的夹角越小，反射强度就应该越大
        
        #endregion

        #region 知识点四 兰伯特光照模型的公式
        
        //公式：
        //漫反射光照颜色 = 光源的颜色 * 材质的漫反射颜色 * max（0, 标准化后物体表面法线向量· 标准化后光源方向向量）
        //其中：
        //1.光源的颜色 * 材质的漫反射颜色 就是对两个颜色进行叠加而已 不重要
        //2.标准化后物体表面法线向量· 标准化后光源方向向量 得到的结果就是 cosθ 标准化后可以认为是长度为1的单位向量
        //3.max(0,cosθ)的目的是避免负数，对于模型背面的部分，认为找不到光，直接乘以0，变为黑色
        
        #endregion

        #region 知识点五 如何在Shader中获取公式中的关键信息
        
        //1.光源的颜色
        //  Lighting.cginc 内置文件中的 _LightColor0
        
        //2.光源的方向
        //  _WorldSpaceLightPos0 表示光源0在世界坐标系下的位置
        
        //3.向量归一化方法
        //  normalize
        
        //4.取最大值方法
        //  max
        
        //5.点乘方法
        //  dot
        
        //6.兰伯特光照模型环境光变量（用于模拟环境光对物体的影响，避免物体阴影部分完全黑暗）
        //  UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb
        
        //7.将法线从模型空间转换到世界空间
        //  UnityObjectToWorldNormal
        
        #endregion

        #region 总结
        
        //兰伯特光照模型
        //漫反射光颜色 = 光源的颜色 * 材质的漫反射颜色 * max（0, 标准化后物体表面法线向量· 标准化后光源方向向量）
        
        #endregion
    }
}

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