PBS的全称为Physically Based Shading，就是基于物理的渲染技术
1) 为什么需要PBS？
因为PBS渲染出来的效果更好。
2) PBS复杂吗？
理论很复杂，但是应用其实也是套用公式，和传统光照不同的公式。
3) PBS的公式是怎样的？
a) 只考虑反射的情况，反射颜色=漫反射+镜面反射，没错这里和传统光照是一样的。
b) 漫反射公式：kd为漫反射系数，除以PI是保证能量守恒的
c) 镜面反射公式，ks一般为1-kd
4) 镜面反射中的D, F, G函数，以及微平面理论。
D: 法线分布函数, 用于拟算多少比例的微面元能把光线镜面反射到我们的眼睛中
微观层面，所有平面都不是光滑的，由许多微面元组成，也就是表面凹凸不平，这也就造成了入射光线会向各个方向反射，只有反射方向和观察方向重叠的(即微平面法线和半角向量重叠)，才能进入到我们的眼睛。
所以，入射光线经过微面元镜面反射后，只有一定比例的光线能进入我们的眼睛。
G: 阴影遮掩函数, 用于拟算多少比例的微面元反射被遮掉
微观层面，反射的时候，又遇到突起很高的微面元被挡住了；或者其他情况的遮挡。
F: 菲涅尔函数，用于拟算镜面反射比例。
就是达到掠射角大，反射弱；掠射角小，反射强这样的效果。
最终效果
实际写shader时，因为出于实际效果等因素，并不是完全按照上面的理论公式套用的，部分做了调整
Shader "My/PBS/MyPBS" { Properties { _MainTex("Texture", 2D) = "white" {} _Color("Tint Color", Color) = (1, 1, 1, 1) _Metallic("Metallic", Range(0, 1)) = 0 //金属度要经过伽马校正 _Smoothness("Smoothness", Range(0, 1)) = 0.5 } SubShader { Tags { "RenderType" = "Opaque" } LOD 100 Pass { Tags { "LightMode" = "ForwardBase" } CGPROGRAM #pragma multi_compile_fwdbase //#pragma target 3.0 #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" #include "Lighting.cginc" #include "UnityStandardBRDF.cginc" sampler2D _MainTex; float4 _MainTex_ST; half4 _Color; half _Metallic; half _Smoothness; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float4 texcoord : TEXCOORD0; float3 normal : NORMAL; //顶点法线 }; struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; float3 worldPos : TEXCOORD1; float3 worldNormal : TEXCOORD2; float3 worldViewDir : TEXCOORD3; }; //G (Geometry function) float GeometrySchlickGGX(float NdotV, float k) { float nom = NdotV; float denom = NdotV * (1.0 - k) + k; return nom / denom; } float GeometrySmith(float NdotV, float NdotL, float Roughness) { float squareRoughness = Roughness * Roughness; float k = pow(squareRoughness + 1, 2) / 8; float ggx1 = GeometrySchlickGGX(NdotV, k); // 视线方向的几何遮挡 float ggx2 = GeometrySchlickGGX(NdotL, k); // 光线方向的几何阴影 return ggx1 * ggx2; } //近似的菲涅尔函数 float3 FresnelSchlick(float3 F0, float VdotH) { float3 F = F0 + (1 - F0) * exp2((-5.55473 * VdotH - 6.98316) * VdotH); return F; } v2f vert(appdata v) { v2f o; o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex); o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); //法线(世界空间) o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz; //世界坐标 o.worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(o.worldPos); //观看方向(世界空间), 顶点指向观察点 return o; } fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float3 worldNormal = normalize(i.worldNormal); //法线 float3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos)); //光源入射方向 float3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir); //观看方向 float3 worldHalfDir = normalize(worldLightDir + worldViewDir); //半角向量 float NdotV = max(saturate(dot(worldNormal, worldViewDir)), 1e-5); //防止除0 float NdotL = max(saturate(dot(worldNormal, worldLightDir)), 1e-5); //float LdotH = max(saturate(dot(worldLightDir, worldHalfDir)), 1e-5); float NdotH = max(saturate(dot(worldNormal, worldHalfDir)), 1e-5); float VdotH = max(saturate(dot(worldViewDir, worldHalfDir)), 1e-5); float perceptualRoughness = 1 - _Smoothness; float roughness = PerceptualRoughnessToRoughness(perceptualRoughness); //粗糙度 roughness = max(roughness, 0.002); //防止为0,保留一点点高光 half3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color.rgb; //反射率, 我们看到的颜色就是没被吸收的剩余颜色 //直接光镜面反射相关 half D = GGXTerm(NdotH, roughness); //法线分布函数, 用于拟算多少比例的微面元的法线与半角向量重叠 half G = GeometrySmith(NdotV, NdotL, roughness); //阴影遮掩函数, 用于拟算N=H的微面元中, 有多少比例会被遮挡掉 half3 F0 = lerp(unity_ColorSpaceDielectricSpec.rgb, albedo, _Metallic); //unity_ColorSpaceDielectricSpec为常数: float3(0.04, 0.04, 0.04) half3 F = FresnelSchlick(F0, VdotH); //近似的菲涅尔函数(菲涅尔效应) half3 specular = (D * G * F * 0.25) / (NdotV * NdotL) * _LightColor0.rgb * NdotL * UNITY_PI; //直接光漫反射 //half3 kd = (1 - F)*(1 - metallic); //漫反射系数,公式上更遵循物理，但效果上没有内置宏好 half kd = OneMinusReflectivityFromMetallic(_Metallic); //漫反射系数,内置宏 half3 diffuse = kd * albedo * _LightColor0.rgb * NdotL; return fixed4(diffuse + specular, 1); } ENDCG } } }