【URP】Unity[内置Shader]光照着色器Lit
【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达Lit Shader的作用与原理
Lit Shader是Unity通用渲染管线(URP)中的核心着色器，专门用于实现基于物理的渲染(PBR)效果。它能以照片级质量渲染真实世界的表面材质，如石头、木材、玻璃、塑料和金属，使光照和反射在各种光照条件下(如明亮的阳光或黑暗的洞穴)都能呈现逼真效果。
工作原理
Lit Shader采用物理正确的光照模型，考虑了能量守恒和微表面理论。它通过以下核心参数控制材质表现：
[*]金属度Metallic: 控制材质是金属(1)还是非金属(0)，金属材质具有更强烈的镜面反射
[*]光滑度Smoothness: 决定表面粗糙程度，影响高光反射的扩散范围
[*]法线贴图Normal Map: 增加表面微观细节的视觉表现
[*]环境光遮蔽Ambient Occlusion: 模拟表面缝隙和凹陷处的阴影效果
URP中的Lit Shader通过SubShader和多个Pass实现渲染，每个Pass都有特定用途(如主光源、附加光源、阴影等)。与内置渲染管线不同，URP不需要为每个附加光源创建额外Pass，而是通过优化后的单Pass前向渲染实现高效多光源处理。
发展历史
Lit Shader随着Unity渲染管线的发展经历了几个关键阶段：
[*]内置渲染管线时期：Unity最初提供标准着色器(Standard Shader)，采用类似PBR的工作流程，但性能开销较大
[*]LWRP阶段：Unity推出轻量级渲染管线(LWRP)，包含简化版的Lit Shader，专注于移动平台优化
[*]URP阶段：LWRP升级为通用渲染管线(URP)，Lit Shader成为核心着色器，支持更广泛平台并优化性能
[*]持续优化：Unity不断改进Lit Shader，增加功能如透明混合模式、双面渲染等，同时保持高性能
具体使用方法
基本设置步骤
[*]在项目中创建或选择材质
[*]在材质检查器窗口中选择Shader为"Universal Render Pipeline > Lit"
[*]配置材质属性：
Surface Options:
- 表面类型(不透明/透明)
- 渲染面(正面/双面)
- 混合模式(Alpha/Premultiply/Additive/Multiply)
Surface Inputs:
- 基础颜色
- 金属度
- 光滑度
- 法线贴图
- 高度图等
示例：创建金属材质
[*]新建材质并应用Lit Shader
[*]设置Surface Type为Opaque
[*]调整Base Color为金属色调(如银灰色)
[*]将Metallic滑块调至1(完全金属)
[*]调整Smoothness控制反射清晰度
[*]添加法线贴图增加表面细节
Shader Graph中的应用
虽然Lit Shader本身是代码实现的，但可以在Shader Graph中创建类似效果：
示例：在Shader Graph中创建PBR材质
[*]创建新的Shader Graph，选择URP模板
[*]添加以下节点：
[*]PBR Master节点(核心光照模型)
[*]Sample Texture 2D节点(基础贴图)
[*]Normal From Texture节点(法线贴图)
[*]Slider节点(控制金属度和光滑度)
[*]连接节点：
[*]基础贴图连接到Albedo
[*]法线连接到Normal
[*]金属度和光滑度滑块连接到相应输入
[*]导出为Shader并应用到材质
高级示例
透明玻璃效果
[*]在Shader Graph中设置PBR Master的Surface Type为Transparent
[*]设置Blend Mode为Alpha
[*]添加Fresnel Effect节点模拟玻璃边缘反射
[*]使用Vertex Position节点驱动折射效果
[*]通过Time节点添加动态反射变化
基础配置
[*]创建材质并选择Lit Shader
在材质Inspector中选择Shader路径为Universal Render Pipeline > Lit，这是URP下实现物理渲染的基础着色器。
[*]设置表面类型为透明
在Surface Options中将Surface Type从默认的Opaque改为Transparent，此时会激活Blending Mode选项。
[*]选择混合模式
[*]Alpha模式：适用于普通半透明效果，通过Alpha值控制透明度（0完全透明，1不透明），计算公式为OutputRGBA = (SourceRGB × SourceAlpha) + DestinationRGB × (1 − SourceAlpha)。
[*]Premultiply模式：适合保留高光和反射的透明材质（如玻璃），可减少边缘伪影。
进阶调整
[*]深度写入与双Pass优化
若出现透明物体内部穿模问题，可通过双Pass解决：第一个Pass仅写入深度（ZWrite On + ColorMask 0），第二个Pass关闭深度写入并启用混合（ZWrite Off + Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha）。
[*]折射效果增强
使用GrabPass捕获屏幕纹理，结合模型UV偏移模拟折射。示例代码片段：
hlsl
GrabPass { "_GrabTexture" }
sampler2D _GrabTexture;
float4 frag(v2f i) : SV_Target {
float2 offset = /* 基于法线或高度的偏移计算 */;
return tex2D(_GrabTexture, i.uvgrab + offset);
}此方法需配合透明材质和混合模式使用。
[*]菲涅尔效应
在片元着色器中加入视角相关透明度变化，增强边缘高光：
hlsl
float NDotV = saturate(dot(worldNormal, viewDir));
float fresnel = pow(1 - NDotV, _FresnelPower);
alpha *= fresnel;通过调整_FresnelPower控制效果强度。
性能注意事项
[*]透明渲染会禁用Early-Z优化，建议控制透明物体数量。
[*]复杂效果（如折射）可能需自定义Shader变体，URP Lit的Surface Type和Blending Mode已覆盖多数基础需求
金属材质
[*]工作流模式：选择"Metallic"模式，通过调整Metallic滑块控制金属度（1.0为全金属效果）
[*]光滑度：增加Smoothness值（0.8-1.0）可获得镜面反射效果
[*]基础贴图：使用带有金属质感的基础颜色贴图，建议配合法线贴图增强细节
头发材质
[*]多层结构：使用两个材质球（Front+Transparent）组合，Transparent材质需开启Alpha混合和双面渲染
[*]参数配置：
[*]Front材质：Surface Type=Opaque, Render Face=Front
[*]Transparent材质：Alpha=0.3-0.5, Render Face=Both
雪地材质
[*]世界法线混合：通过法线贴图的Y轴值作为蒙版，混合雪地与原材质
[*]参数设置：
[*]BaseMap：使用雪地纹理
[*]Smoothness：0.4-0.6模拟湿雪反光
[*]Normal Map：增强表面凹凸细节
岩石/混凝土
[*]工作流模式：选择"Specular"模式更易控制非金属反射
[*]表面细节：
[*]使用高对比度法线贴图
[*]Smoothness=0.1-0.3保持粗糙质感
[*]开启Height Map实现视差遮挡
动态效果实现
[*]对于火焰/水球等特效，建议通过ShaderGraph扩展Lit Shader：
[*]UV扰动：使用Voronoi噪点+Time节点驱动UV动画
[*]进度控制：通过脚本动态调整Cutoff参数实现填充效果
[*]关键参数组位置：
[*]Surface Options：定义材质基础类型和渲染方式
[*]Surface Inputs：配置纹理和物理属性
[*]Advanced Options：控制渲染优化选项
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