实时渲染基础：如何在shadergraph中使用实时光照

# 1. 简介

## 1.1 什么是实时渲染

实时渲染是一种即时生成图像的方法，它能在每一帧都以足够快的速度渲染出图像并显示在屏幕上。与离线渲染相比，实时渲染更注重在有限的时间内生成高质量的图像，使得交互性更强。

## 1.2 为什么实时光照是重要的

在实时渲染中，光照是一个关键的因素，它能增强场景的真实感和表现力。实时光照技术能够模拟光线在场景中的传播和反射，以及材质表面对光线的响应，从而产生更逼真的图像效果。

实时光照不仅可以提高游戏、电影和虚拟现实等领域的视觉质量，还能为用户提供更沉浸式的体验。它能够模拟真实世界中的光照效果，如阴影、反射、折射等，使得场景更加生动、真实。

## 1.3 ShaderGraph简介

ShaderGraph是Unity游戏引擎中的一种可视化编程工具，它能够帮助开发者通过图形界面来创建自定义的着色器效果。通过连接节点，开发者可以创建复杂的材质和光照效果，而无需编写繁琐的代码。

ShaderGraph提供了一种直观的方式来控制和调整光照效果，开发者可以通过拖拽节点和调整参数来实现不同的光照模型。它在实时渲染中的应用非常广泛，并且能够快速迭代和调试光照效果。在本文中，我们将重点介绍ShaderGraph在实时光照方面的应用和技巧。

# 2. 实时光照基础知识

实时光照是计算机图形学中的重要概念，通过模拟光照效果，使得场景看起来更加逼真。在本章节中，我们将深入了解实时光照的基础知识，包括光照模型的概念、基于物理的渲染（PBR）的原理以及实时光照所面临的限制与挑战。

### 2.1 光照模型的概念

在计算机图形学中，光照模型用于描述光线如何与表面相互作用以产生颜色。常见的光照模型包括Lambert光照模型、Phong光照模型和Blinn-Phong光照模型等。它们通过考虑表面的法线、光线的方向和观察者的视角来计算最终像素的颜色值。

### 2.2 基于物理的渲染（PBR）的原理

PBR是一种基于物理的渲染方法，通过模拟真实世界中光线的行为，实现更真实的光照效果。PBR考虑了材质的表面性质，包括金属度、粗糙度等，以及光线的能量损失等因素，从而实现更为真实的材质表现。

### 2.3 实时光照的限制与挑战

虽然实时光照可以提供更真实的视觉效果，但在实时渲染中会面临诸多挑战，包括性能开销、光照计算复杂度以及硬件和软件的限制等。为了在实时渲染中实现较为逼真的光照效果，需要在保证性能的前提下进行合理的优化和控制。

在后续章节中，我们将介绍如何利用ShaderGraph在实时渲染中实现各种光照效果，并探讨相关的高级技巧和优化方法。

# 3. ShaderGraph入门

ShaderGraph是Unity中一种可视化的工具，用于创建和编辑着色器图。着色器图是一种图形化的编程方式，通过将节点按照特定规则连接起来，实现对光照效果的控制和定制。在ShaderGraph中，我们可以创建自定义的光照效果，使得游戏场景更加真实和精细。

#### 3.1 ShaderGraph的基本概念和功能

ShaderGraph中的主要概念包括：节点、连接线和属性面板。

- 节点：节点是ShaderGraph中的基本单元，代表了一个具体的功能或计算操作。每个节点都有输入和输出端口，通过连接线将它们连接起来来实现数据的传递和处理。

- 连接线：连接线用于将节点的输入和输出端口连接在一起，形成一个数据流的路径。连接线可以在节点之间进行连接，也可以跨多个节点进行连接。

- 属性面板：属性面板用于设置节点的属性和参数。通过属性面板，我们可以自定义节点的属性，如颜色、贴图、数值等，来控制光照效果的细节。

ShaderGraph的功能主要包括：创建节点、连接节点、设置节点属性、预览结果和生成着色器代码等。

#### 3.2 ShaderGraph的工作流程

使用ShaderGraph创建自定义的光照效果的基本工作流程如下：

1. 创建一个空的ShaderGraph文件，并为其命名。
2. 在ShaderGraph画布上放置节点，选择合适的节点来实现光照效果的计算和控制。常用的节点包括漫反射节点、镜面反射节点、法线贴图节点等。
3. 使用连接线将节点的输入和输出端口连接在一起，形成节点之间的数据流。
4. 在属性面板中设置节点的属性和参数，通过调整这些属性和参数来控制光照效果的外观。
5. 预览结果，并根据需要进行调整和优化。
6. 生成着色器代码，将ShaderGraph转换为可用于渲染的着色器。

#### 3.3 创建自定义的光照效果的基本步骤

下面是使用ShaderGraph创建自定义的光照效果的基本步骤：

1. 创建一个新的ShaderGraph文件，命名为"CustomLighting"。
2. 在画布上放置一个漫反射节点，用于计算光源的漫反射光照。
3. 放置一个镜面反射节点，用于计算光源的镜面反射光照。
4. 连接漫反射节点的输出端口与镜面反射节点的输入端口，形成光照效果的数据流。
5. 在属性面板中设置漫反射节点和镜面反射节点的属性，如颜色、强度等，以控制光照效果的外观。
6. 预览结果，并根据需要进行调整和优化。
7. 生成着色器代码，将ShaderGraph转换为可用于渲染的着色器。

通过以上步骤，我们可以创建并调整自定义的光照效果，使得渲染出的场景更加真实和生动。

以上就是ShaderGraph的入门介绍和基本操作步骤，接下来将在第四章中详细讨论如何在ShaderGraph中应用实时光照的原理和方法。

# 4. 实时光照在ShaderGraph中的应用

在前面的章节中，我们了解了实时渲染和实时光照的基本概念，以及ShaderGraph的基本用法。现在，让我们来看看如何在ShaderGraph中应用实时光照来增强场景的视觉效果。

### 4.1 ShaderGraph中实现基本光照模型的方法

在ShaderGraph中，我们可以通过组合不同的节点来实现各种光照模型。其中，最基本的光照模型是Lambert光照模型和Blinn-Phong光照模型。

Lambert光照模型是一种基于物体表面法线和光线方向的简单光照模型。它的计算公式是：

float3 N = normalize(input.normal);
float3 L = normalize(input.lightDirection);
float3 diffuse = input.color * input.lightColor * max(dot(N, L), 0);

Blinn-Phong光照模型是一种基于物体法线、光线方向和视线方向的光照模型。它的计算公式是：

float3 N = normalize(input.normal);
float3 L = normalize(input.lightDirection);
float3 V = normalize(input.viewDirection);
float3 H = normalize(L + V);

float3 diffuse = input.color * input.lightColor * max(dot(N, L), 0);
float3 specular = input.specularColor * input.lightColor * pow(