org域名网站,宁波做网站皆选蓉胜网络,我司网站改版上线网站建设,免费网页制作教程视频写的很乱#xff01; BRDF#xff08;Bidirectional Reflectance Distribution Function#xff09;全称双向反射分布函数。辐射量单位非常多#xff0c;这里为方便直观理解#xff0c;会用非常不严谨的光照强度来解释说明。
BRDF光照模型#xff0c;上反射率公式#… 写的很乱 BRDFBidirectional Reflectance Distribution Function全称双向反射分布函数。辐射量单位非常多这里为方便直观理解会用非常不严谨的光照强度来解释说明。
BRDF光照模型上反射率公式 计算的是在法线所在半球上的所有入射光线在出射方向的光强总和公式有俩个部分。 即BRDF从特定的入射方向到出射方向在某个表面上光强的衰减比率。 有了比率还需要知道在物体表面接收到的某个方向上的光强所以前半部分是光线沿入射方向到p点发射的光线强度后半部分用表面与入射方向的夹角计算实际接收到的光线强度因为这里虽然是一个点但同时也需要当做一个极小的平面区域处理。
关于几何函数
为什么GXX有俩个只考虑一次反射能成功的其实就是简单的认为入射方向能不被遮挡的光线比例 × 出射方向能不被遮挡的光线比例 整条光路上不会被遮挡的光线比例。 Cook-Torrance BRDF
如果在渲染结果中发现了类似以下的问题或变极大概率是法线没有在片元着色器中标准化。 SRP中实现的Cook-Torrance BRDF效果无法线贴图未进行gamma调整 增加支持多光源 https://zhuanlan.zhihu.com/p/163360207 关于点光源获取位置和平行光获取方向。 获取位置用VisibleLight.localToWorldMatrix.GetColumn(3); 获取方向用VisibleLight.localToWorldMatrix.GetColumn(2); 因为localToWorldMatrix是光源的模型变换矩阵M获取点光源的位置即mul(M, float4 (0, 0, 0, 1))即localToWorldMatrix的最后一列。同理平行光方向朝向局部坐标z轴mul(M, float4 (0, 0, 1, 0))故为第三列。 有很多免费的材质素材Hundreds of 3D Texture Downloads - Free PBR Materials
这部分是没什么难度的将相关变量设置为数组即可。
但问题就出现在这在Unity 2022.3.45f1c1中如果先实现了.SetGlobalVector然后修改成.SetGlobalVectorArray那么恭喜你完犊子了。修改后传入GPU的数据还是按.SetGlobalVector处理的Dubug半天你会发现GPU就是拿不到完整的数组。
解决方法Unity重启
如果遇到CullingResults.lightIndexCount在某些视角下会返回非常奇怪的错误值的情况例如明明只有2个可见光源但返回4个。用CullingResults.visibleLights.Length来获取可见光源数组的个数而不是CullingResults.lightIndexCount即可。
Shader error in Custom/BRDF: Unexpected directive 这种错多半是用了中文分号或者其他的全半角问题。
支持法线贴图如果想要在切线空间引用法线贴图后再转到世界坐标系下需要用TBN矩阵的逆矩阵实现。具体见TBN矩阵的使用
应用贴图实现的BRDF效果很抽象我以为是TNB出问题了甚至怀疑unity默认切线有问题还从blender中导了个正确的球模型过来整了很久发现是采样法线贴图出错了虽然各种设置了Unity项目是线性空间但纹理这一块疑似过于独立了需要在贴图中应用为Normal Map才能确保纹理采样在线性空间下。 那么有朋友就要问了unityunity我用Default但不勾选sRGB不就可以了吗unity答不行。 为什么呢因为根据TNB矩阵的组织方式切线空间中垂直表面的轴实际上是x轴而不是z轴如果想直接使用原始法线贴图需要调整颜色通道顺序。
如果只用线性空间采样输出采样结果经过映射后其实是大红色的即1.00.00.0怎么回事呢 映射指颜色范围0~1到法线范围-1~1而映射前是粉红色的。据说解包出的法线纹理也是粉红色的和这个有关系吗 法线贴图And图像压缩
贴图设置为Normal Map就可以了吗换个法线变换明显材质试试看看。 输出法线很明显少了一部分。 怎么回事呢采访一下纹理压缩格式。
DXT5|BC3“我不到啊。”
Unity“他说DXT5|BC3他的alpha和green通道最好用我就按他说的来了。”
言归正传BC3是DXT5在DirectX 10中的别称以下都以将以BC3称呼BC是怎么压缩图像的这里就不过多解释了直接看BC3压缩后的格式。 BC3 格式使用 5:6:5 颜色5 位红色、6 位绿色、5 位蓝色存储颜色数据使用一个字节存储 alpha 数据。 更多的位数意味着更大的颜色深度即更好的颜色表现。对法线来说其归一化后长度为1知道xy即可计算z所以当选择Texture为NormalMap时Unity会自动处理成alpha和green通道以帮助我们得到最佳的图像效果。 在压缩大多数 RGBA 纹理时最好使用此格式。对于 RGB无 Alpha纹理DXT1 更适合。当针对 DX11 类硬件新版 PC、PS4、XboxOne时使用 BC7 可能很有用因为压缩品质通常更好。 拓展一下Unity中RGBA默认用BC3或BC7BC7有八种模式但RGBA支持模式下位数最多之一的还是alpha通道颜色三通道则相同所以用alpha加green通道也是最优解。 虽然法线贴图是RGB图但还是用了RGBA的处理方式。 此外Unity法线贴图也支持用BC5进行压缩不过对应的采样代码就要修改了反正怎么压缩怎么采样即可。 所以如果想得到正确的法线贴图采样结果就需要手动提取alpha和green通道作为yz再求解出x这里的对应关系很重要。 通过UV检查图确定UV坐标原点为面左下角然后只输出法线贴图上采样green通道的颜色。
可以确定green通道对应副切线输出alpha通道。 可知alpha通道对应切线那么法线方向的值就是要算的了计算出法线方向输出值输出结果如下。 说明前面的推测是正确的又由于TNB矩阵的组织方式是world normalworld tangentworld bitangent所以alpha和green通道作为yz再求解出最后一个值作为x。
float3x3 TNB float3x3(normalize(v2p.normal), normalize(v2p.tangent), normalize(v2p.bitangent));
处理一下就能够将原法线贴图绘制出来右图颜色更深是由于右图在线性颜色空间下显示屏Gamma2.2调整左图在线性空间下Unity自动Gamma0.45调整显示屏Gamma2.2调整。 修正后效果 Gamma问题光照对了但球的颜色很淡很淡。原因是Color Space选择Linear时Unity会自动对渲染窗口做一次Gamma0.45。而我参考LearnOpen GL在Shader中也实现了一次Gamma 0.45所以结果是两次Gamma0.45加上显示器的一次Gamma2.2最终输出颜色还是Gamma 0.45所以会感觉很淡如果Color Space选Gamma就需要手动校正。
参考Gamma 和 Linear Space的设置 Unity 然后终终终终于实现成功了“网图”的效果 Unity中显示法线切线副切线附代码 先前为了查看切线是否有问题写了个非常简单的脚本显示各顶点的切线坐标轴使用前要reset对象的transform结果显示模型非常健康。
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;public class ShowNormalsAndTangents : MonoBehaviour
{[SerializeField]float normalLength 0.03f;// Update is called once per framevoid OnDrawGizmosSelected(){Mesh mesh GetComponentMeshFilter().sharedMesh;Vector3[] v mesh.vertices;Vector3[] n mesh.normals;Vector4[] t mesh.tangents;for (int i 0; i v.Length; i) {Gizmos.color Color.red;Gizmos.DrawRay(v[i], n[i] * normalLength);Gizmos.color Color.green;Gizmos.DrawRay(v[i], new Vector3(t[i].x, t[i].y, t[i].z) * normalLength);Vector3 bitangent Vector3.Normalize(Vector3.Cross(n[i], new Vector3(t[i].x, t[i].y, t[i].z)) * t[i].w);Gizmos.color Color.blue;Gizmos.DrawRay(v[i], bitangent * normalLength);}}
}Unity中显示法线切线副切线几何着色器实现代码
这里再补充一个用几何着色器实现的法线切线和副切线显示。完全重叠的线只会显示一条所以有可能会看到缺少了某条线其实是被覆盖掉了。
// Upgrade NOTE: replaced _World2Object with unity_WorldToObject
// Upgrade NOTE: replaced mul(UNITY_MATRIX_MVP,*) with UnityObjectToClipPos(*)// Upgrade NOTE: replaced _Object2World with unity_ObjectToWorld
// Upgrade NOTE: replaced _World2Object with unity_WorldToObject
// Upgrade NOTE: replaced mul(UNITY_MATRIX_MVP,*) with UnityObjectToClipPos(*)Shader Custom/ShowNormals
{Properties{_LineLength(LineLength, float) 0.03_NormalLineColor(NormalLineColor, Color) (1.0, 0.0, 0.0, 1.0)_TangentLineColor(TangentLineColor, Color) (0.0, 1.0, 0.0, 1.0)_BitangentLineColor(BitangentLineColor, Color) (0.0, 0.0, 1.0, 1.0)}SubShader{Pass{HLSLPROGRAM#pragma vertex VS_Main#pragma fragment FS_Main#pragma geometry GS_Mainfloat4x4 unity_MatrixVP;float4x4 unity_ObjectToWorld;float4x4 unity_WorldToObject;float _LineLength;float4 _NormalLineColor;float4 _TangentLineColor;float4 _BitangentLineColor;struct VS_INPUT{float3 m_pos:POSITION;float3 normal:NORMAL;float4 tangent:TANGENT;};struct GS_INPUT{float4 pos:POSITION;float3 w_normal:NORMAL;float3 w_tangent:TANGENT;float3 w_bitangent:TEXCOORD0;};struct FS_INPUT{float4 pos:POSITION;float4 lineColor:TEXCOORD0;};//step1GS_INPUT VS_Main(VS_INPUT input){GS_INPUT output;output.pos mul(unity_ObjectToWorld, float4(input.m_pos, 1.0));output.w_normal mul(transpose((float3x3)unity_WorldToObject), input.normal);output.w_tangent mul((float3x3)unity_ObjectToWorld, input.tangent.xyz);output.w_bitangent cross(output.w_normal, output.w_tangent) * input.tangent.w;return output;}[maxvertexcount(18)] //GS单次调用可以输出的最大顶点数量这里每个顶点会变成俩顶点所以是3*2void GS_Main(triangle GS_INPUT gsIn[3], inout LineStreamFS_INPUT triStream){for(uint i 0; i 3; i){FS_INPUT pIn;pIn.pos mul(unity_MatrixVP, gsIn[i].pos);FS_INPUT pIn1;float4 pos gsIn[i].pos float4(normalize(gsIn[i].w_normal), 0.0) * _LineLength;pIn1.pos mul(unity_MatrixVP, pos);pIn.lineColor _NormalLineColor;pIn1.lineColor _NormalLineColor;triStream.Append(pIn);triStream.Append(pIn1);triStream.RestartStrip();FS_INPUT pIn2;pos gsIn[i].pos float4(normalize(gsIn[i].w_tangent), 0.0) *_LineLength;pIn2.pos mul(unity_MatrixVP, pos);pIn.lineColor _TangentLineColor;pIn2.lineColor _TangentLineColor;triStream.Append(pIn);triStream.Append(pIn2);triStream.RestartStrip();FS_INPUT pIn3;pos gsIn[i].pos float4(normalize(gsIn[i].w_bitangent), 0.0) *_LineLength;pIn3.pos mul(unity_MatrixVP, pos);pIn.lineColor _BitangentLineColor;pIn3.lineColor _BitangentLineColor;triStream.Append(pIn);triStream.Append(pIn3);triStream.RestartStrip();}}//step3float4 FS_Main(FS_INPUT input) : SV_TARGET0{return input.lineColor;}ENDHLSL}}
}
手动计算TNB
当然也可以手动计算切线空间的坐标系但这样计算就会使得每个三角形面片都有自己独立的切线空间。例如左图是模型默认切线空间法线和切线由该顶点所参与的6个片元的法线和切线平均得到平滑着色右图是只根据法线在各片元内重新计算的切线和副切线如果法线也各片元重新计算就是平直着色。【学习TNB矩阵过程中写的意义不明的Shader而且法线用平均的但切线又重新算这是什么迷惑操作啊】 // Upgrade NOTE: replaced _World2Object with unity_WorldToObject
// Upgrade NOTE: replaced mul(UNITY_MATRIX_MVP,*) with UnityObjectToClipPos(*)// Upgrade NOTE: replaced _Object2World with unity_ObjectToWorld
// Upgrade NOTE: replaced _World2Object with unity_WorldToObject
// Upgrade NOTE: replaced mul(UNITY_MATRIX_MVP,*) with UnityObjectToClipPos(*)Shader Custom/ShowNormals
{Properties{_LineLength(LineLength, float) 0.03_NormalLineColor(NormalLineColor, Color) (1.0, 0.0, 0.0, 1.0)_TangentLineColor(TangentLineColor, Color) (0.0, 1.0, 0.0, 1.0)_BitangentLineColor(BitangentLineColor, Color) (0.0, 0.0, 1.0, 1.0)}SubShader{Pass{HLSLPROGRAM#pragma vertex VS_Main#pragma fragment FS_Main#pragma geometry GS_Mainfloat4x4 unity_MatrixVP;float4x4 unity_ObjectToWorld;float4x4 unity_WorldToObject;float _LineLength;float4 _NormalLineColor;float4 _TangentLineColor;float4 _BitangentLineColor;struct VS_INPUT{float3 m_pos:POSITION;float2 uv:TEXCOORD;float3 normal:NORMAL;};struct GS_INPUT{float4 pos:POSITION;float2 uv:TEXCOORD0;float3 normal:NORMAL;};struct FS_INPUT{float4 pos:POSITION;float4 lineColor:TEXCOORD0;};GS_INPUT VS_Main(VS_INPUT input){GS_INPUT output;output.pos mul(unity_ObjectToWorld, float4(input.m_pos, 1.0));output.normal normalize(mul(transpose((float3x3)unity_WorldToObject), input.normal));output.uv input.uv;return output;}[maxvertexcount(18)] //GS单次调用可以输出的最大顶点数量这里每个顶点会变成俩顶点所以是3*2void GS_Main(triangle GS_INPUT gsIn[3], inout LineStreamFS_INPUT triStream){float3 edge1 gsIn[1].pos - gsIn[0].pos; float3 edge2 gsIn[2].pos - gsIn[0].pos;float2 deltaUV1 gsIn[1].uv - gsIn[0].uv; float2 deltaUV2 gsIn[2].uv - gsIn[0].uv; float f 1.0 / (deltaUV1.x * deltaUV2.y - deltaUV2.x * deltaUV1.y);float3 tangent;tangent.x f * (deltaUV2.y * edge1.x - deltaUV1.y * edge2.x);tangent.y f * (deltaUV2.y * edge1.y - deltaUV1.y * edge2.y);tangent.z f * (deltaUV2.y * edge1.z - deltaUV1.y * edge2.z);float3 bitangent;bitangent.x f * (-deltaUV2.x * edge1.x deltaUV1.x * edge2.x);bitangent.y f * (-deltaUV2.x * edge1.y deltaUV1.x * edge2.y);bitangent.z f * (-deltaUV2.x * edge1.z deltaUV1.x * edge2.z);for(uint i 0; i 3; i){float3 m_tangent normalize(tangent - gsIn[i].normal * dot(gsIn[i].normal, tangent));float3 m_bitangent normalize(cross(tangent, gsIn[i].normal)); FS_INPUT pIn;pIn.pos mul(unity_MatrixVP, gsIn[i].pos);FS_INPUT pIn1;float4 pos gsIn[i].pos float4(gsIn[i].normal, 0) *_LineLength;pIn1.pos mul(unity_MatrixVP, pos);pIn.lineColor _NormalLineColor;pIn1.lineColor _NormalLineColor;triStream.Append(pIn);triStream.Append(pIn1);triStream.RestartStrip();FS_INPUT pIn2;pos gsIn[i].pos float4(m_tangent, 0) *_LineLength;pIn2.pos mul(unity_MatrixVP, pos);pIn.lineColor _TangentLineColor;pIn2.lineColor _TangentLineColor;triStream.Append(pIn);triStream.Append(pIn2);triStream.RestartStrip();FS_INPUT pIn3;pos gsIn[i].pos float4(m_bitangent, 0) *_LineLength;pIn3.pos mul(unity_MatrixVP, pos);pIn.lineColor _BitangentLineColor;pIn3.lineColor _BitangentLineColor;triStream.Append(pIn);triStream.Append(pIn3);triStream.RestartStrip();}}float4 FS_Main(FS_INPUT input) : SV_TARGET0{return input.lineColor;}ENDHLSL}}
}
TNB矩阵和UV坐标关系
不确定使用默认切线在网格形变时可能会有问题 把平面网格左下角的顶点移动到平面中心世界空间下的法线出现了大问题如下左图的斜边应该是同样的颜色才对即法线方向相同。 梳理梳理TNB和法线贴图采样的过程导致问题的原因其实很明确个人感觉对于会产生形变的网格需要手动计算TBN矩阵时考虑到TNB正交化对UV采样法线贴图的影响需要对采样后的法线再增加一个和TNB正交化有关系的变换可能后面会补充一下这部分的实现。 几何着色器 https://zhuanlan.zhihu.com/p/585436751 DirectX11 With Windows SDK--15 几何着色器初探 - X_Jun - 博客园 渲染管线主要是重新了解几何着色器 一文读懂什么是渲染管线(7k字) - 天份 - 博客园
