Unityで半球ライティングをやってみた

はじめに

今回は半球ライティングをやってみました。 次の画像では天空色を水色に、地面色を茶色にしています。

Unityのバージョン:2018.3.0b4

半球ライティング

半球ライティングは環境光を2色で表現するものです。

次の画像が半球ライティングのイメージです。

白い矢印が空の方向のベクトルです。 このベクトルと面の法線ベクトルの角度θ\thetaによって 空の色と地面の色を線形合成して最終的な環境光を計算します。

プログラム

最初にソースコードの全文を貼り付けます。

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Shader "HemiSphereLighting"
{
Properties
{
[Header(Light)]
_LightColor ("Light Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
_LightDir ("Light Direction", Vector) = (1, 1, -1, 0)
[Header(Hemi Sphere Lighting)]
_SkyColor ("Sky Color", Color) = (0.5, 0.75, 1, 1)
_GroundColor("Ground Color", Color) = (0.5, 0.25, 0, 1)
_Intensity("Intensity", float) = 0.5
}
SubShader
{
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag

#include "UnityCG.cginc"

struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};

struct v2f
{
float4 vertex : SV_POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};

uniform float3 _LightColor;
uniform float3 _LightDir;

uniform float3 _SkyColor;
uniform float3 _GroundColor;
uniform float _Intensity;

v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return o;
}

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float3 normal = normalize(i.normal);
float3 lightDir = normalize(_LightDir);

float3 lambert = _LightColor * max(dot (normal,lightDir), 0);

float t = dot (normal, float3 (0, 1, 0)) * 0.5 + 0.5;
float3 hemisphere = lerp(_GroundColor, _SkyColor, t);

return fixed4(lambert + _Intensity * hemisphere, 1);
}
ENDCG
}
}
}

半球ライティングを行っている部分を抜き出すと次のとおりです。

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float t = dot (normal, float3 (0, 1, 0)) * 0.5 + 0.5;
float3 hemisphere = lerp(_GroundColor, _SkyColor, t);

上方向のベクトルと面の法線ベクトルの内積を0から1の範囲に収めて 天空色と地面色の間でlerpしています。

半球ライティングで環境光を決定しているほかに、 平行光源のランバート反射モデルでライティングしています。

実行結果

実行結果は次のとおりです。

おわりに

今回は半球ライティングを行ってみました。

ソースコードはこちらのリポジトリにおいてあります。