环境光照

在实时渲染中，环境光照有几种方式：

方法	原理	优点	缺点
常量环境光	`ambient = color`	简单	不真实，没有方向性
环境贴图采样	直接从 Cubemap 采样	精确	太慢（实时性差）
球谐光照	用数学函数近似环境光	快速 + 较准确	需要预计算

环境光漫反射

两种计算方式选其一

Unity内置颜色

仅天光，不支持天空盒Skybox颜色，漫反射环境光

    // 环境光（Unity 自动处理）
    fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb * albedo.rgb;
    //               ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Unity 内置的环境光颜色
 

球谐函数

支持 Skybox/Gradient/Color，漫反射环境光

 // 环境光（支持 Skybox/Gradient/Color）
    fixed3 ambient = ShadeSH9(half4(i.normalWS, 1.0)) * albedo.rgb;
    //               ^^^^^^^ Unity 的球谐函数，根据法线方向采样环境光
    
    ambient *= albedo.rgb;  // 乘以基础颜色
 

环境光镜面反射

环境光镜面反射其实就是采样环境贴图，比如说HDR、EXR等等格式的图片，两种计算方式选其一

采样反射探针

DirectX 11 / OpenGL ES 3.0+ Fragment Shader最多支持 16个纹理采样器但Cubemap算6个面，实际占用看平台实现 Unity同时最多混合 2个反射探针 场景中拖入反射探针进行烘焙然后再采样的 如果想把某个物体烘焙到CubeMap中，需要进行设置标签 场景默认会有一个全局反射探针，在Lighting设置中进行生成即可，就不用手动添加了，但是全局烘焙的不会含有物体，因为需要轻量化和统一，只包含天空盒SkyBox，需要烘焙物体的话还是得手动加反射探针

用于金属类的，镜面反射环境光

 // 采样反射探针（Reflection Probe）
half4 skyData = UNITY_SAMPLE_TEXCUBE(unity_SpecCube0, reflectDir);
half3 skyColor = DecodeHDR(skyData, unity_SpecCube0_HDR);
 

采样CubeMap图

和反射探针类似

 _Cubemap ("Environment Cubemap", Cube) = "white" {}
------------------------------
samplerCUBE _CubeMap;
float4 _CubeMap_HDR; //此参数声明后，Unity会自动配置
------------------------------
// 计算反射方向
float3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos - i.worldPos);
float3 reflDir = reflect(-viewDir, normalize(i.worldNormal));
// 采样Cubemap
half4 reflColor = texCUBE(_Cubemap, reflDir);
//如果采样发现模糊，那么就需要指定lod0
half4 reflColor = texCUBElod(_CubeMap, float4(reflectDir, 0));
//同时也需要进行DecodeHDR
half3 reflRGB = DecodeHDR(reflColor, _CubeMap_HDR);
 

只要 Cubemap 是 HDR 格式（EXR / HDR / RGBM），采样后就一定要 DecodeHDR
只有 LDR（PNG / JPG）才可以直接用!!! 如果发现环境光镜面反射叠加效果阴影中也有的话，这其实是正确的。阴影区本来就有镜面反射，但是它的强度应该由AO（环境光遮蔽）控制，也就是AO贴图。 如果没有AO，可以随意整个假的AO，例如下面这样

 //AO控制
float fakeAO = saturate(dot(normalWS, float3(0,1,0)));
reflRGB *= fakeAO;
 

环境光组成

非金属和金属的都必须包含高光，但是环境光镜面反射是只有光滑物体或者金属才有，然后镜面反射会和粗糙度关联控制，这个后面会补充

环境光 = 环境光SH漫反射 + 环境光镜面反射

参考性能

方法	性能	效果	适用场景
`UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT`	最快	最简单	移动端/性能优先
`ShadeSH9`	快	好	推荐，通用
`ShadeSH9` + 反射探针	中等	很好	PC/主机高质量
实时 GI	慢	最好	高端项目

最终片元代码参考

 float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
    //vectors
    float3 positionWS = i.positionWS; 
    float3 normalWS = normalize(i.normalWS);
    float3 tangentWS = normalize(i.tangentWS);
    float3 bitangentWS = normalize(i.bitangentWS);
    float3x3 TBN = float3x3(tangentWS, bitangentWS, normalWS);
    half3 lightWS = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
    float3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos - positionWS);
    //tex
    float3 lightColor = _LightColor0.xyz;
    float4 baseCol = tex2D(_MainTex, i.texcoord);
    float3 normalMapData = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, i.texcoord)).xyz;
    normalMapData.xy *= _NormalMapScale;
    //halfLambet
    float3 pixelNormal = normalize(mul(normalMapData, TBN));
    float noL = max(0, dot(pixelNormal, lightWS));
    float halfLambet = noL*0.5 + 0.5;

 //Specular
 //phong
 half3 reflectDir = reflect(-lightWS, pixelNormal);
 half phongItem = max(0, dot(reflectDir, viewDir));
 half3 phongSpecular = _SpecularColor.xyz * _SpecularIntensity * pow(phongItem, _SpecularShininess) * lightColor;
 //Blinn-phong
 half3 halfDir = normalize(lightWS + viewDir);
 half blinnPhongItem = max(0, dot(pixelNormal, halfDir));
 half3 blinnPhongSpecular = _SpecularColor.xyz * _SpecularIntensity * pow(blinnPhongItem, _SpecularShininess) * lightColor;

 /******************漫反射环境光*********************/
 //EnvironmentColor
 //1.环境光（Unity 自动处理）
 fixed3 envColor = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb * baseCol.rgb;
 //               ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Unity 内置的环境光颜色
 //2.SH环境光（支持 Skybox/Gradient/Color）
 fixed3 envColorSH = ShadeSH9(half4(normalWS, 1.0)) * baseCol.rgb;
 //               ^^^^^^^ Unity 的球谐函数，根据法线方向采样环境光
 /******************镜面反射环境光*********************/
 //1.采样反射探针（Reflection Probe）
 half4 skyData = UNITY_SAMPLE_TEXCUBE(unity_SpecCube0, reflectDir);
 half3 skyColor = DecodeHDR(skyData, unity_SpecCube0_HDR);
        
    //2. 采样Cubemap
    // 计算反射方向
    float3 reflviewDir = reflect(-viewDir, normalize(positionWS));
    //half4 reflColor = texCUBE(_CubeMap, reflviewDir);
    half4 reflColor = texCUBElod(_CubeMap, float4(reflectDir, 0));
    half3 reflRGB = DecodeHDR(reflColor, _CubeMap_HDR);
    //AO控制
    float fakeAO = saturate(dot(normalWS, float3(0,1,0)));
    reflRGB *= fakeAO;
    float3 finalEnvColor = envColorSH +  reflRGB;

    //Shadow
    float shadow = SHADOW_ATTENUATION(i);

    //output
    float3 finalColor = baseCol * halfLambet * lightColor * shadow + blinnPhongSpecular* shadow + finalEnvColor;

    return float4(finalColor, 1); 
}
 

Lv.2 Unity主线：添加环境光