iT邦幫忙

第 12 屆 iT 邦幫忙鐵人賽

DAY 24
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自我挑戰組

初見Unity Shader系列 第 24

折射...好像漏了很多東西

文章內使用Unity 2019 LTS

目標

  • 折射

斯涅爾定律

from wiki

光在照射時,碰到可透光的物體,接著因為不同介質的問題,讓後來進入可透光物體的角度,與原先的入射角產生差別,稱為折射。

斯涅爾定律事實上就是關於折射的的解釋,以下為它的公式:

https://chart.googleapis.com/chart?cht=tx&chl=a_1sinb_1%20%3D%20%20a_2sinb_2

兩邊的角度(b1 & b2)分別為入射角與折射角,角度前面的係數稱為「折射率」,如果折射率相同則代表兩個介質為同介質。

開始撰寫!

與反射一樣,Unity也有提供refract函式可以直接使用,之前沒有說,我們先前範例中很多碰到與數學計算相關的函式,皆為Cg(C for graphics)中所內建的函式,這一套是由Nvdia提供的,這裡是他們的官方文件。

Shader "Learning/Refraction" {
	Properties {
		_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
		_RefractColor ("Refraction Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
		_RefractAmount ("Refraction Amount", Range(0, 1)) = 1
		_RefractRatio ("Refraction Ratio", Range(0.1, 1)) = 0.5
		_Cubemap ("Refraction Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}
	}
	SubShader {
		Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry"}
		
		Pass { 
			Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
		
			CGPROGRAM
			
			#pragma multi_compile_fwdbase	
			
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			
			#include "Lighting.cginc"
			#include "AutoLight.cginc"
			
			fixed4 _Color;
			fixed4 _RefractColor;
			float _RefractAmount;
			fixed _RefractRatio;
			samplerCUBE _Cubemap;
			
			struct v2f {
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldPos : TEXCOORD0;
				fixed3 worldNormal : TEXCOORD1;
				fixed3 worldViewDir : TEXCOORD2;
				fixed3 worldRefr : TEXCOORD3;
				SHADOW_COORDS(4)
			};
			
			v2f vert(appdata_base v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				
				o.worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(o.worldPos);
				
                // 利用入射角與入射平面的法向量,以及「折射率」
				o.worldRefr = refract(-normalize(o.worldViewDir), normalize(o.worldNormal), _RefractRatio);
				
				TRANSFER_SHADOW(o);
				
				return o;
			}
			
			fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
				fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);
								
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
				
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				
				fixed3 refraction = texCUBE(_Cubemap, i.worldRefr).rgb * _RefractColor.rgb;
				
				UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);
				
				fixed3 color = ambient + lerp(diffuse, refraction, _RefractAmount) * atten;
				
				return fixed4(color, 1.0);
			}
			
			ENDCG
		}
	} 
}

Reference


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