今天我们来学习unity中的自定义光照

Unity 中的菲涅尔效应

核心原理

菲涅尔效应描述的是：物体表面的反射率随观察角度变化。

• 正对观察（视线与法线夹角小）→ 反射弱，漫反射/折射强
• 掠射观察（视线与法线夹角大，接近平行表面）→ 反射强

典型例子：看一池水，垂直往下看能看到水底；远处水面像镜子一样反射天空。

在 Unity 中的实现方式

实际应用场景

• 边缘光（Rim Light）：角色轮廓发光
• 玻璃/水面：边缘反射更强
• 全息/护盾效果：视角相关的透明度变化
• 卡通渲染：描边或边缘染色

简而言之就是物体在你观察时变得更易反射的原理

我们有的时候从unity商店下载的资源会显示不出来,这个是因为渲染管不适配导致的,有的材质之前是用Built in渲染管,而我们使用的是URP渲染管

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我们只需要选中这个material然后改成URP渲染即可

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这样就可以使用我们的材质了

事实上shadergraph已经内置了菲涅尔反射的支持

比如我们将光滑度smoothness改成0,此时的材质就是一张不反光的普通贴图

但是如果我们将其数值调大就可以看到明显的反光

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我们可以自己创建一个material

首先像之前那样创建基础色和基础纹理,选择无光照unlit着色器

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然后创建菲涅尔节点和浮点类型的Fresnelpower节点控制fresnel的强度

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强度默认为1 改为slider滑块,范围0~20

然后用FresnelColor控制颜色,使用HDR

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我们改动强度值就可以看到这个材质的反光了

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漫反射光

我们可以知道漫反射就是法向量夹角成反比

漫反射的光简化为 n · l

随着角度的增大,随着角度的增大,点积逐渐减少

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核心公式

漫反射光照强度 ∝ n · l

其中：

• n = 表面法向量（垂直于表面的单位向量）
• l = 指向光源的单位向量
• · = 点积（dot product）

点积的几何定义是：

n⋅l=∣n∣∣l∣cosθ=cosθ

（因为都是单位向量，长度为1）

直观理解

想象一束光照射到地面：

• 正午（太阳在头顶）：光线垂直地面，单位面积接收的光最多 → 最亮
• 傍晚（太阳斜射）：同样的光束"铺开"在更大的面积上，单位面积能量减少 → 变暗

这就是"与法向量夹角成反比"的本质——夹角越大，有效光照面积越大，单位面积能量越分散，所以看起来越暗。

我们像之前那样创建颜色和纹理节点

实现卡通渲染效果

然后我们实现光源的计算, 这里需要介绍几个节点

Main Light Direction 是 Unity Shader Graph 中的一个内置节点（Shader Graph 13+ / Unity 2022+ 引入），用于获取场景中**主方向光（Main Directional Light）**的方向

关键注意点：方向是反的

这是最容易踩坑的地方。Unity 官方讨论中确认：

Main Light Direction 节点输出的方向是 从光源指向表面 的向量（即 GetMainLight().direction 被取反了）。

但在光照计算中，我们需要的是 从表面指向光源 的向量（即 l），所以：

实际光照方向 l = -MainLightDirection

这个节点经典用法就是这样

[Main Light Direction] → [Negate] ───┐
                                    						   ├──→ [Dot Product]
[Normal Vector] (World)  ─────────┘

而其他的几个就是

1. Main Light Direction 获取光源方向
2. Negate 取反，得到从表面指向光源的向量 l
3. Normal Vector（世界空间）获取表面法线 n
4. Dot Product 计算 n · l

这里简单说一下

1. [Normal Vector]（世界空间）

法线是什么？ 想象一个球体，每个点的法线就是从球心指向该点的方向。平面的话，法线就是垂直于平面的向量。

注意：必须选择 World 空间（而非 Object/Tangent），因为光照方向也是在世界空间中定义的，两者要在同一坐标系下才能做点积。

2. [Main Light Direction]

plain

如果太阳在上方，输出大概是 (0, -1, 0)
            ↑ 太阳
            │
            ↓ 光往下走

3. [Negate]（取反）

为什么要取反？

因为光照公式 n · l 中的 l 必须是 从表面指向光源：

plain

Main Light Direction:  光源 ──→ 表面   = (0, -1, 0)
Negate 后:            表面 ──→ 光源   = (0, 1, 0)  ← 这才是 l

4. [Dot Product]（点积）

这是核心运算。数学上：

n⋅l=∣n∣∣l∣cosθ=cosθ

（因为都是单位向量，长度为1）

它把"角度关系"转换成"亮度数值"：

为了满足这个n⋅l=∣n∣∣l∣ 我们需要这些节点

main light direction表示从光源到物体的方向,所以用negate节点取反获得从物体表面到光源的方向,接着计算nagate输出的反向向量与normal vector输出的法线向量的点积

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以上我们已经完成了光照的计算,有两种实现方式来实现渲染

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如图,我们有两个节点,分别为step节点和smoothstep节点,由图像你就可以很清楚的看出二者的区别

Step 节点

功能

硬阈值切换 — 输入大于阈值输出1，小于等于阈值输出0。

plain

Step(Edge, In) = In > Edge ? 1 : 0

图形表示

plain

输出
 1 │      ┌────────
 0 │──────┘
   └────┬────┬────→ 输入
       0.5（Edge）

完全硬边，没有过渡。

典型用法

• 制作硬边遮罩（如卡通渲染的明暗分界）
• 将连续的灰度图转成纯黑白

Smoothstep 节点

功能

平滑阈值过渡 — 在 Edge1 和 Edge2 之间做平滑的 Hermite 插值。

plain

Smoothstep(Edge1, Edge2, In):
    如果 In ≤ Edge1:  输出 0
    如果 In ≥ Edge2:  输出 1
    如果 Edge1 < In < Edge2: 输出平滑的 0→1 曲线

图形表示

plain

输出
 1 │           ┌──────
   │        ╱
 0 │──────╱
   └────┬────┬────→ 输入
      Edge1 Edge2

有过渡带，边缘柔和

和 Step 的对比

这两个最明显的区别就是step当in输入值小于edge阈值的时候节点输出0,0是黑色,1是白色,我们可以通过控制阈值实现,不过这个明暗过度非常生硬

所以smoothstep可以实现平滑过渡,这个函数具有缓冲区域输出值在此区间内会从0平滑过渡到1,所以这个拥有两个边界值,

当 in输入值< edge1输出为0 ,

当in输入值 > edge2输出为1,

如果in输入值位于 edge1和edge2之间,那么输出将会是介于0~1之间的某个值

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我们添加一个vector2的值cutoff thresholds用split分割出x和y来控制两个阈值,分别设置为-0.05和0

不过为了更直观添加一个ambient light strength的浮点节点来控制环境光强度,我们将其设置为(0~1)的slider滑块

Lerp（Linear Interpolation，线性插值）是 Shader Graph 中最常用、最核心的混合节点，它的作用很简单：

在两个值之间，按一个百分比取中间值。

数学公式

Lerp(A,B,T)=A+(B−A)×T=A×(1−T)+B×T

直观理解

想象一条从 A 到 B 的线段，T 就是你走到的位置：

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然后将我们smoothstep的输出值放入T槽,将ambient light strength值放入A槽,B槽保持默认的1,这样我们只需要改动A槽就可以了

我们将这个材质添加到物体上,但是你可以看到阴影面黑的离谱,这个只需要调整环境光强度即可

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这样就正常多了,这个可以自己调整x y 还有光照强度尝试一下

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