Unity渲染各种注意事项_oneminusreflectivity

内部PBR流程

pbr材质的光滑反射度流程

1. Albedo Texture的rgb通道对应光照运算方程中的diffuse color；a通道对应于Alpha；
2. Speculer Texture的rgb通道对应光照运算方程的F0；a通道对应光照运算方程的Smoothness；

其oneMinusReflectivity = 1-SpecularStrength(specColor)；//SpecularStrength函数是来获取rgb通道最大值；
oneMinusReflectivity 用于计算IBL reflection的菲涅尔项，具体可看源码，但是我不知道算法的原理==；

pbr材质的金属粗糙度流程

1. Albedo Texture的rgb通道为albedo；a通道对应于Alpha；
   其diffuse color需要通过以下方法来计算：
   oneMinusReflectivity = unity_ColorSpaceDielectricSpec.a*(1-metallic)；
   diffColor = albedo * oneMinusReflectivity；
2. Aetallic Texture的r通道对应金属度metallic；a通道对应光照运算方程的Smoothness；
   其Speculer Color（即F0）需要通过以下方法来计算：
   specColor = lerp (unity_ColorSpaceDielectricSpec.rgb, albedo, metallic);

注意：unity_ColorSpaceDielectricSpec在unity内部的值为half4(0.04, 0.04, 0.04, 1.0 - 0.04) //linear space

unity内部的environmentBRDF

1. 对于IBL部分的BRDF，unity好像采用的拟合的方法来进行计算，在unreal中存在LUT与拟合两种方法；
2. 对于unity采用的拟合方法，其F项计算方法为：

half grazingTerm = saturate(smoothness + (1-oneMinusReflectivity));
FresnelLerp (specColor, grazingTerm, nv)；
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其它项为：

    half surfaceReduction;
#   ifdef UNITY_COLORSPACE_GAMMA
        surfaceReduction = 1.0-0.28*roughness*perceptualRoughness;      // 1-0.28*x^3 as approximation for (1/(x^4+1))^(1/2.2) on the domain [0;1]
#   else
        surfaceReduction = 1.0 / (roughness*roughness + 1.0);           // fade \in [0.5;1]
#   endif
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阴影投射通道的编写

1. 暂时先copy自unity官方代码，在其内部包括了bias、normal bias等参数的处理，即light组件下，Realtime Shadows的那些参数，有空在仔细分析。

渲染流程中的各种问题

MSAA、HDR、_CameraDepthTexture的问题

1. 在windows平台下，可以直接使用_CameraDepthTexture，并且MSAA与HDR一起开好像也没问题；windows下，查看frame debugger，会发现先渲染_CameraDepthTexture深度图，然后在渲染两张分辨率不同的ShadowMap，然后是Screen Space Shadow的生成，最后才开始正常的渲染流程；（在延迟渲染中，_CameraDepthTexture可以免费获取~）；

注意：只有含有shadowcaster pass的物体才可以渲染进_CameraDepthTexture，并且只能是不透明物体（ render queue <= 2500）；参考Unity官方文档

2. 在移动平台下，需要显示设置Camera的depthTextureMode，即：came.depthTextureMode = DepthTextureMode.Depth;；此时，可以直接使用_CameraDepthTexture，并且MSAA与HDR一起开好像也没问题；查看frame debugger，会发现先渲染_CameraDepthTexture深度图，然后在渲染一张ShadowMap，然后才开始正常的渲染流程；
3. 问题来了！，Unity官方说开启HDR就不支持MSAA了，High Light System插件的文档也说开启HDR不支持MSAA，并且开启MSAA会导致无法获取_CameraDepthTexture，参考文档High Dynamic Range Rendering。这一部分问题涉及到硬件，但是我按照前面的1、2使用，没有出现这种问题。如果有大佬清楚还请指导一下==。
4. 所以说解决方案应该是，关闭MSAA，使用后处理的AA，这样就可以开启HDR并使用_CameraDepthTexture了；

内部便利函数及宏

获取法线自纹理：

UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, i.uv))；
half3 UnpackScaleNormal(half4 packednormal, half bumpScale)；
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获取world tangent、binormal、normal向量：

float3 normalWorld = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
float4 tangentWorld = float4(UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz), v.tangent.w);
 
half3x3 tangentToWorld = CreateTangentToWorldPerVertex(half3 worldNormal, half3 worldTangent, half tangentSign)
{
    // For odd-negative scale transforms we need to flip the sign
    half sign = tangentSign * unity_WorldTransformParams.w;
    half3 binormal = cross(normal, tangent) * sign;
    return half3x3(tangent, binormal, normal);
}
o.tangent = tangentToWorld[0];
o.binormal = tangentToWorld[1];
o.normal = tangentToWorld[2];
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linear与gamma空间转换：

inline bool IsGammaSpace();
inline half3 GammaToLinearSpace (half3 sRGB);
inline half3 LinearToGammaSpace (half3 linRGB);
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unity内部阴影的使用

阴影的投射只要有shadow caster通道即可；
阴影接受的计算：
方法一：

#pragma multi_compile_fwdbase
 #include “AutoLight.cginc”
 SHADOW_COORDS(1) // put shadows data into TEXCOORD1
 TRANSFER_SHADOW(o)
 fixed shadow = SHADOW_ATTENUATION(i);
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方法二：

 #pragma multi_compile_fwdbase
// after CGPROGRAM;
#include "AutoLight.cginc"
 
// in v2f struct;
LIGHTING_COORDS(0,1) // replace 0 and 1 with the next available TEXCOORDs in your shader, don't put a semicolon at the end of this line.
 
// in vert shader;
TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o); // Calculates shadow and light attenuation and passes it to the frag shader.
 
//in frag shader;
float atten = LIGHT_ATTENUATION(i); // This is a float for your shadow/attenuation value, multiply your lighting value by this to get shadows. Replace i with whatever you've defined your input struct to be called (e.g. frag(v2f [b]i[/b]) : COLOR { ... ).
 
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方法三：

#pragma multi_compile_fwdbase
#include "AutoLight.cginc"
UNITY_LIGHTING_COORDS(6,7)
UNITY_TRANSFER_LIGHTING(o, v.uv1);
UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, s.posWorld);
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Shader编写坑点

正常normal与detail normal之间的处理：

1. 方法一：首先进行normal与detail normal的解压，然后由mask在两者之间进行lerp操作获取final normal，最后对final normal进行normalize操作；

注意：其计算空间为tangent space；

2. 方法二：detai normal是在正常normal的基础上叠加发现，因此就需要根据正常normal与detai normal获取叠加后的temp normal，然后由mask在正常normal与temp normal之间进行lerp操作获取final normal，最后对final normal进行normalize操作；
   获取temp normal的方法为：
   temp normal = normalize(normal.xy + detail.xy, normal.z*detail.z);
   实际中可使用的方法有好几种，各游戏及引擎使用的方法也不一致。可参考文章 Blending in Detail，该文章进行了详细的归纳，并且提供了各种方法的优缺点及其代码！点赞！

Unity shader计算所使用MVP归一化后发现z的范围为[1,0]

按照unity的顶点变换流程，mul( UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex)的结果进行归一化后应位于NDC空间，即xyz的范围都为[-1, 1]。
但是在shader手动进行归一化后发现z的范围为[1,0]；感觉很奇怪，而如果采用脚本中获取相机的vp矩阵计算，归一化后其深度范围刚好为[-1，1]；
事实证明shader中的VP矩阵与相机中的VP矩阵根本不一致；
具体可参考这里；
原文为：
Note: On DX11/12, PS4, XboxOne and Metal, the Z buffer range is 1–0 and UNITY_REVERSED_Z is defined. On other platforms, the range is 0–1.
原文中的宏被废弃了，文档也不更新，呵呵呵。。。

另外使用unity内部的_CameraDepthTexture时，其范围是（0，1）；
获取shader中所使用VP：
由于DX平台与OpenGL平台的差异性，unity使用了GL类来进行两者的统一，同样使用该库来进行统一的渲染，因此我们可以使用该库来获取shader中VP矩阵：

Matrix4x4 projectionMatrix = GL.GetGPUProjectionMatrix(mCamera.projectionMatrix, true);
unity_MatrixVP = projectionMatrix * mCamera.worldToCameraMatrix;
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参考这里

总结

没事多看看unity内部源码，想用什么从里面摘什么==