24.总结

33.纹理-渐变纹理-综合实现

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33.1 知识点

复用凹凸纹理切线空间下的法线纹理贴图Shader代码

• 拷贝凹凸纹理切线空间下实现的代码，再进行修改

Properties
    {
        _MainColor("MainColor", Color) = (1,1,1,1)//  漫反射颜色 
        _MainTex("MainTex", 2D) = ""{}//  单张纹理
        _BumpMap("BumpMap", 2D) = ""{}//  法线纹理
        _BumpScale("BumpScale", Range(0,1)) = 1//  凹凸程度
        _SpecularColor("SpecularColor", Color) = (1,1,1,1)//  高光反射颜色
        _SpecularNum("SpecularNum", Range(0,20)) = 18//  光泽度
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            Tags
            {
                "LightMode"="ForwardBase"
            }
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"


            float4 _MainColor; //漫反射颜色
            sampler2D _MainTex; //颜色纹理
            float4 _MainTex_ST; //颜色纹理的缩放和平移
            sampler2D _BumpMap; //法线纹理
            float4 _BumpMap_ST; //法线纹理的缩放和平移
            float _BumpScale; //凹凸程度
            float4 _SpecularColor; //高光颜色
            fixed _SpecularNum; //光泽度

            struct v2f
            {
                //裁剪空间下坐标
                float4 pos:SV_POSITION;


                //纹理uv

                //我们可以单独的声明两个float2的成员用于记录 颜色和法线纹理的uv坐标
                //float2 uvTex:TEXCOORD0;//颜色纹理
                //float2 uvBump:TEXCOORD1;//法线纹理

                //也可以直接声明一个float4的成员 xy用于记录颜色纹理的uv，zw用于记录法线纹理的uv
                float4 uv:TEXCOORD0; //纹理变量


                //光的方向 相对于切线空间下的
                float3 lightDir:TEXCOORD1;

                //视角的方向 相对于切线空间下的
                float3 viewDir:TEXCOORD2;
            };


            //  顶点着色器中传入：
            //  可以使用 UnityCG.cginc 中的 appdata_full
            //  其中包含了我们需要的顶点、法线、切线、纹理坐标相关数据
            v2f vert(appdata_full appdata_full)
            {
                v2f v2f;

                //把模型空间下的顶点转到裁剪空间下
                v2f.pos = UnityObjectToClipPos(appdata_full.vertex);

                //单张纹理和法线纹理 UV坐标缩放偏移计算
                v2f.uv.xy = appdata_full.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
                v2f.uv.zw = appdata_full.texcoord.xy * _BumpMap_ST.xy + _BumpMap_ST.zw;

                //在顶点着色器当中 得到 模型空间到切线空间的 转换矩阵
                //切线、副切线、法线
                //计算副切线 计算叉乘结果后 垂直与切线和法线的向量有两条 通过乘以 切线当中的w，就可以确定是哪一条（确定副切线方向）
                //cross是叉乘 appdata_full.tangent是切线 appdata_full.normal是法线 appdata_full.tangent.w代表叉乘结果方向
                float3 binormal = cross(normalize(appdata_full.tangent), normalize(appdata_full.normal)) * appdata_full.
                    tangent.w;

                //构建模型空间到切线空间的变换矩阵
                float3x3 rotation = float3x3(appdata_full.tangent.xyz,
                                        binormal,
                                        appdata_full.normal);

                //模型空间下的光的方向
                //v2f.lightDir = ObjSpaceLightDir(appdata_full.vertex);

                //乘以模型空间到切线空间的转换矩阵 就可以得到切线空间下的 光的方向了
                v2f.lightDir = mul(rotation, ObjSpaceLightDir(appdata_full.vertex));

                //模型空间下的视角的方向
                //v2f.viewDir = ObjSpaceViewDir(appdata_full.vertex);

                //乘以模型空间到切线空间的转换矩阵 就可以得到切线空间下的 视角的方向了
                v2f.viewDir = mul(rotation, ObjSpaceViewDir(appdata_full.vertex));

                return v2f;
            }


            //  片元着色器中传入：
            //  自定义一个结构体
            //  其中包含 裁剪空间下坐标、uv坐标、光的方向、视角的方向
            fixed4 frag(v2f v2f) : SV_Target
            {
                //纹理采样函数tex2D
                //通过纹理采样函数 取出法线纹理贴图当中的数据
                float4 packedNormal = tex2D(_BumpMap, v2f.uv.zw);

                //利用内置的UnpackNormal函数对法线信息进行逆运算以及可能的解压
                //将我们取出来的法线数据 进行逆运算并且可能会进行解压缩的运算，最终得到切线空间下的法线数据
                float3 tangentNormal = UnpackNormal(packedNormal);
                
                //用得到的切线空间的法线数据 乘以 BumpScale 来控制凹凸程度
                //注意 tangentNormal不要进行单位化 直接用即可 因为乘了BumpScale就不是单位向量了
                tangentNormal *= _BumpScale;
                tangentNormal.z = sqrt(1.0 - saturate(dot(tangentNormal.xy, tangentNormal.xy)));

                //接下来就来处理 带颜色纹理的 布林方光照模型计算
                
                //颜色纹理和漫反射颜色的 叠加
                fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, v2f.uv.xy) * _MainColor.rgb;
                
                //兰伯特漫反射颜色 = 光的颜色 * 漫反射材质的颜色 * max(0, dot(切线坐标系下的法线, 光的方向))
                fixed3 lambertColor = _LightColor0.rgb * albedo.rgb * max(0, dot(tangentNormal, normalize(v2f.lightDir)));
                
                //半角向量 = 视角方向 + 光的方向
                float3 halfA = normalize(normalize(v2f.viewDir) + normalize(v2f.lightDir));
                
                //高光反射的颜色 = 光的颜色 * 高光反射材质的颜色 * pow(max(0, dot(切线坐标系下的法线, 半角向量)), 光泽度)
                fixed3 specularColor = _LightColor0.rgb * _SpecularColor.rgb * pow(max(0, dot(tangentNormal, halfA)), _SpecularNum);
                
                //布林方光照颜色 = 环境光颜色 + 兰伯特漫反射颜色 + 高光反射的颜色
                fixed3 color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb * albedo + lambertColor + specularColor;

                return fixed4(color.rgb, 1);
            }
            ENDCG
        }
}

将渐变纹理贴图融合其中

关键步骤

• 将原本兰伯特光照模型，修改为渐变纹理的计算方式

Properties 添加渐变纹理支持

RampTex作为渐变纹理

Properties
{
    _MainColor("MainColor", Color) = (1,1,1,1)
    _MainTex("MainTex", 2D) = ""{}
    _BumpMap("BumpMap", 2D) = ""{}
    _BumpScale("BumpScale", Range(0,1)) = 1
    _RampTex("RampTex", 2D) = ""{}
    _SpecularColor("SpecularColor", Color) = (1,1,1,1)
    _SpecularNum("SpecularNum", Range(8,256)) = 18
}

float4 _MainColor; //漫反射颜色
sampler2D _MainTex; //颜色纹理
float4 _MainTex_ST; //颜色纹理的缩放和平移
sampler2D _BumpMap; //法线纹理
float4 _BumpMap_ST; //法线纹理的缩放和平移
float _BumpScale; //凹凸程度
sampler2D _RampTex; //渐变纹理
float4 _RampTex_ST; //渐变纹理的缩放和平移（基本不会用）
float4 _SpecularColor; //高光颜色
fixed _SpecularNum; //光泽度

修改片元着色器函数以支持渐变纹理

修改片元函数，把兰伯特修改成从渐变纹理中得到颜色并参与运算

fixed4 frag(v2f v2f) : SV_Target
{
    //通过纹理采样函数 取出法线纹理贴图当中的数据
    float4 packedNormal = tex2D(_BumpMap, v2f.uv.zw);
    
    //将我们取出来的法线数据 进行逆运算并且可能会进行解压缩的运算，最终得到切线空间下的法线数据
    float3 tangentNormal = UnpackNormal(packedNormal);
    
    //乘以凹凸程度的系数
    tangentNormal.xy *= _BumpScale;
    tangentNormal.z = sqrt(1.0 - saturate(dot(tangentNormal.xy, tangentNormal.xy)));

    //接下来就来处理 带颜色纹理的 布林方光照模型计算

    //颜色纹理和漫反射颜色的 叠加
    fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, v2f.uv.xy) * _MainColor.rgb;
    
    //修改为 渐变纹理相关的计算方式
    fixed halfLambertNum = dot(normalize(tangentNormal), normalize(v2f.lightDir)) * 0.5 + 0.5;
    
    //渐变纹理 漫反射计算方式
    fixed3 diffuseColor = _LightColor0.rgb * albedo.rgb *
        tex2D( _RampTex, fixed2(halfLambertNum, halfLambertNum)).rgb;
    
    //半角向量
    float3 halfA = normalize(normalize(v2f.viewDir) + normalize(v2f.lightDir));
    
    //高光反射
    fixed3 specularColor = _LightColor0.rgb * _SpecularColor.rgb * pow(
        max(0, dot(tangentNormal, halfA)), _SpecularNum);
    
    //布林方
    fixed3 color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb * albedo + diffuseColor + specularColor;

    return fixed4(color.rgb, 1);
}

创建材质，查看使用渐变纹理前后时的效果区别。可以看到使用后下方有分割线，明暗过渡更加明显

复制一个切线空间凹凸纹理，赋值机器人的颜色为例和贴图。放到场景上和渐变纹理机器人对比。可以看到渐变纹理机器人分割线更明显，更有卡通感。而凹凸纹理偏写实

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33.2 知识点代码

Lesson33_纹理_渐变纹理_综合实现

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

public class Lesson33_纹理_渐变纹理_综合实现 : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        #region 知识点一 复用法线纹理贴图Shader代码(切线空间下计算)

        #endregion

        #region 知识点二 将渐变纹理贴图融合其中

        //关键点
        //将原本兰伯特光照模型
        //修改为渐变纹理的计算方式

        #endregion
    }
}

Lesson33_Gradient_Texture_Comprehensive.shader

Shader "Unlit/Lesson33_Gradient_Texture_Comprehensive"
{
    Properties
    {
        _MainColor("MainColor", Color) = (1,1,1,1)
        _MainTex("MainTex", 2D) = ""{}
        _BumpMap("BumpMap", 2D) = ""{}
        _BumpScale("BumpScale", Range(0,1)) = 1
        _RampTex("RampTex", 2D) = ""{}
        _SpecularColor("SpecularColor", Color) = (1,1,1,1)
        _SpecularNum("SpecularNum", Range(8,256)) = 18
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            Tags
            {
                "LightMode"="ForwardBase"
            }
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"

            float4 _MainColor; //漫反射颜色
            sampler2D _MainTex; //颜色纹理
            float4 _MainTex_ST; //颜色纹理的缩放和平移
            sampler2D _BumpMap; //法线纹理
            float4 _BumpMap_ST; //法线纹理的缩放和平移
            float _BumpScale; //凹凸程度
            sampler2D _RampTex; //渐变纹理
            float4 _RampTex_ST; //渐变纹理的缩放和平移（基本不会用）
            float4 _SpecularColor; //高光颜色
            fixed _SpecularNum; //光泽度

            struct v2f
            {
                float4 pos:SV_POSITION;
                //float2 uvTex:TEXCOORD0;
                //float2 uvBump:TEXCOORD1;
                //我们可以单独的声明两个float2的成员用于记录 颜色和法线纹理的uv坐标
                //也可以直接声明一个float4的成员 xy用于记录颜色纹理的uv，zw用于记录法线纹理的uv
                float4 uv:TEXCOORD0;
                //光的方向 相对于切线空间下的
                float3 lightDir:TEXCOORD1;
                //视角的方向 相对于切线空间下的
                float3 viewDir:TEXCOORD2;
            };


            v2f vert(appdata_full appdata_full)
            {
                v2f v2f;
                //把模型空间下的顶点转到裁剪空间下
                v2f.pos = UnityObjectToClipPos(appdata_full.vertex);
                //计算纹理的缩放偏移
                v2f.uv.xy = appdata_full.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
                v2f.uv.zw = appdata_full.texcoord.xy * _BumpMap_ST.xy + _BumpMap_ST.zw;

                //在顶点着色器当中 得到 模型空间到切线空间的 转换矩阵
                //切线、副切线、法线
                //计算副切线 计算叉乘结果后 垂直与切线和法线的向量有两条 通过乘以 切线当中的w，就可以确定是哪一条
                float3 binormal = cross(normalize(appdata_full.tangent), normalize(appdata_full.normal)) * appdata_full.
                    tangent.w;
                //转换矩阵
                float3x3 rotation = float3x3(appdata_full.tangent.xyz,
                                                     binormal,
                                                     appdata_full.normal);
                //模型空间下的光的方向
                //data.lightDir = ObjSpaceLightDir(v.vertex);
                //乘以模型空间到切线空间的转换矩阵 就可以得到切线空间下的 光的方向了
                v2f.lightDir = mul(rotation, ObjSpaceLightDir(appdata_full.vertex));

                //模型空间下的视角的方向
                //data.viewDir = ObjSpaceViewDir(v.vertex);
                v2f.viewDir = mul(rotation, ObjSpaceViewDir(appdata_full.vertex));

                return v2f;
            }

            fixed4 frag(v2f v2f) : SV_Target
            {
                //通过纹理采样函数 取出法线纹理贴图当中的数据
                float4 packedNormal = tex2D(_BumpMap, v2f.uv.zw);
                
                //将我们取出来的法线数据 进行逆运算并且可能会进行解压缩的运算，最终得到切线空间下的法线数据
                float3 tangentNormal = UnpackNormal(packedNormal);
                
                //乘以凹凸程度的系数
                tangentNormal.xy *= _BumpScale;
                tangentNormal.z = sqrt(1.0 - saturate(dot(tangentNormal.xy, tangentNormal.xy)));

                //接下来就来处理 带颜色纹理的 布林方光照模型计算

                //颜色纹理和漫反射颜色的 叠加
                fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, v2f.uv.xy) * _MainColor.rgb;
                
                //修改为 渐变纹理相关的计算方式
                fixed halfLambertNum = dot(normalize(tangentNormal), normalize(v2f.lightDir)) * 0.5 + 0.5;
                
                //渐变纹理 漫反射计算方式
                fixed3 diffuseColor = _LightColor0.rgb * albedo.rgb *
                    tex2D( _RampTex, fixed2(halfLambertNum, halfLambertNum)).rgb;
                
                //半角向量
                float3 halfA = normalize(normalize(v2f.viewDir) + normalize(v2f.lightDir));
                
                //高光反射
                fixed3 specularColor = _LightColor0.rgb * _SpecularColor.rgb * pow(
                    max(0, dot(tangentNormal, halfA)), _SpecularNum);
                
                //布林方
                fixed3 color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb * albedo + diffuseColor + specularColor;

                return fixed4(color.rgb, 1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

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