攝像機是如何看這個世界的

　　遊戲中攝像機所看到的世界與我們現實中所看到的幾乎是一樣的。

• 首先，光線從光源中發射出來。
• 然後，光線和場景中的一些物體相交（散射，吸收）。
• 最後，攝像機吸收了一些光，產生一張圖像。

　　光線與物體相交的結果有兩個：散射（scattering）和吸收（absorption）

• 散射：只改變光線的方向，但不改變光線的密度和顏色，有兩種方向：內部與外部，對應折射與反射。
  • 折射（refraction）：散射到物體內部，用漫反射（diffuse）模型來計算。
  • 反射（reflection）：散射的物體外部，用高光反射（specular）模型來計算。
• 吸收：只改變光線的密度和顏色，但不改變光線的方向。

　　用不同的光照模型來計算兩種不同的散射方向：漫反射模型和高光反射模型。

• 漫反射：表示有多少光線會被折射、吸收和散射出表面。
• 高光反射：表示物體表面是如何反射光線的。

標準光照模型

　　把進入到攝像機內的光線分為4個部分，每個部分使用一種方法來計算它的貢獻度。

• 自發光（emissive）：當給定一個方向時，一個表面本身會發射多少輻射量。（並不能照亮周圍的物體，只是顯得亮而已）
• 高光反射（specular）：當光線從光源照射到模型表面時，該表面會在完全鏡面反射方向散射多少輻射量。
• 漫反射（diffuse）：當光線從光源照射到模型表面時，該表面會向每個方向散射多少輻射量。
• 環境光（ambient）：描述其他所有的間接光照。

　　自發光

　　直接采用了該材質的自發光顏色。

　　高光反射

　　Phong模型公式

　　　　specular = (light · shininess)max(0, v · r)^gloss

• • light：光源顏色
  • shininess：反光度　　
  • v：物體到攝像機的方向向量　　
  • r：光線的反射方向向量（利用法線方向和光線入射方向可以計算出來，公式為：r = 2(n · l)n - l）　　
  • gloss：光澤度（數值越大亮點越小）

　　Blinn模型公式

　　　　specular = (light · shininess)max(0, v · h)^gloss

• • light：光源顏色　　
  • shininess：反光度　　　　
  • v：物體到攝像機的方向向量　　　　
  • h：對v和l取平均後再歸一化，公式：h = v + l / | v + l |
  • gloss：光澤度（數值越大亮點越小）　　

　　漫反射

　　蘭伯特定律　　

　　　　diffuse = (light · diffuseColor)max(0, n · l)

• • light：光源顏色　　　　
  • diffuseColor：材質漫反射顏色　　　　
  • n：表面法線方向　　　　　　
  • l：光源的單位矢量　　

代碼示例（環境光+漫反射+高光反射）

Shader "Unity My Shader/Diffuse Light"
{
    Properties
    {
        _Color("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _Specular("Specular", Color) = (1,1,1,1)
        _Gloss("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            Tags{"LightMode"="ForwardBase"}

            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            
            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"

            fixed4 _Color;
            fixed4 _Specular;
            float _Gloss;

            struct a2v
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 worldPos : TEXCOORD0;
                float3 worldNormal : TEXCOORD1;
            };
            
            v2f vert (a2v v)
            {
                v2f o;

                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex); // 模型坐標頂點轉換世界坐標頂點
                o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); // 模型坐標法線轉換世界坐標法線

                return o;
            }
            
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal); // 法線方向
                fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos)); // 光照方向
                fixed3 worldViewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos)); // 視角方向

                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz; //環境光

                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir)); // 漫反射

                fixed3 halfDir = normalize(worldViewDir + worldLightDir); // Blinn模型 計算 h
                fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldViewDir, halfDir)), _Gloss); // 高光反射

                return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1); // 相加後輸出顏色
            }
            ENDCG
        }
    }
}

Unity Shader 之 基礎光照