游戏编程精粹学习 - 使用定点颜色插值模拟实时光照

终于有空看点新东西，这一篇在《游戏编程精粹1》的5.3节中，主要讲经过烘焙先后左右4个方向光照并插值，来代替顶点光照的作法

看了下原文例程的代码，彷佛是放在cpu部分处理的顶点色，或可能只是参考用的脚本

这种烘焙4个方向的作法或许优于顶点光照，但缺点是光线角度较为固定，原文描述早期的足球游戏有使用到

或许改为贴图的话能够烘焙进一些法线效果，或是作成粒子光照。。

 

优势：

• gpu上优于顶点光照
• 可做为辅助光源使用
• 较高的精度

缺点：

• 消耗必定的cpu
• 占用一块uv数据
• 常规烘焙的状况下，只对俯视角、水平视角支持比较好

 

 

首先写一个简单的兰伯特光照，烘焙四个方向：

这4个方向的灯光信息会被烘焙到uv2,uv3中，运行后cpu计算当前角度的权重，到shader里进行混合。

 

插值的计算用了比较偷懒的作法，原文是转角度进行处理，因为y方向固定，这里直接用Vector2点乘。

public class LightingRuntime : MonoBehaviour
{
    public Transform virtualLight;
    public Color virtualLightCol;
    public SkinnedMeshRenderer testRenderer;


    void Update()
    {
        var lightDir = (virtualLight.position - transform.position).normalized;
        lightDir = Vector3.ProjectOnPlane(lightDir, Vector3.up);

        var lightDir_vec2 = new Vector2(lightDir.x, lightDir.z);
        var blend1 = Mathf.Clamp01(Vector2.Dot(lightDir_vec2, Vector2.up));
        var blend2 = Mathf.Clamp01(Vector2.Dot(lightDir_vec2, Vector2.down));
        var blend3 = Mathf.Clamp01(Vector2.Dot(lightDir_vec2, Vector2.left));
        var blend4 = Mathf.Clamp01(Vector2.Dot(lightDir_vec2, Vector2.right));

        var vec4 = new Vector4(blend1, blend2, blend3, blend4);
        testRenderer.material.SetVector("_TestLight", vec4);
        testRenderer.material.SetVector("_TestLightCol", virtualLightCol);
    }
}

 

传入4个权重表明4个方向，而后shader部分根据4个方向的权重乘起来便可。

能够用uv2,uv3来储存4个方向的光照信息。

v2f vert (appdata v)
{
    v2f o = (v2f)0;
    o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
    o.uv2 = v.uv2;
    o.uv3 = v.uv3;

    return o;
}

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    fixed4 lightVolume =  i.uv2.x *  _TestLight.x + i.uv2.y * _TestLight.y + i.uv3.x * _TestLight.z + i.uv3.y * _TestLight.w;
    return lightVolume * _TestLightCol;
}

 

可是占用uv2,uv3有点占用带宽，因而想了一个办法，左右和先后的方向能够各用一个镜像：

left = 1 - right;

用镜像以前须要记录4个方向，如今只需记录2个。可是要考虑一些长期阴影的区域，因此还需加些参数调节去缓解。

 

优化了一下，将uv2做为光照信息，并镜像了烘焙到顶点上的光照(输出的uv2是float4)，以及微调参数：

v2f vert (appdata v)
{
    v2f o = (v2f)0;
    o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
    o.uv2.xz = v.uv2.xy;
    o.uv2.y = (1 - v.uv2.x) - 0.8;
    o.uv2.w = (1 - v.uv2.y) - 1;

    return o;
}

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    fixed lightVolume = dot(i.uv2, _TestLight);
    return lightVolume * _TestLightCol;
}

 

 

最终效果：

 

2019/06/2补充，增长一组面片的使用状况：

 

测试工程地址：

https://gitee.com/Hont/4DirBakeLighting