Unityで半球ライティングをやってみた

2018年10月08日

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 $\theta$ 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。

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。

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。