【光照】[PBR][漫反射]实现方法对比
URP BRDF漫反射方法对比
方法名称 数学公式 特点 性能消耗 适用场景
Lambert $L_d = k_d * max(0, N·L)$ 经典模型，能量不守恒 ★☆☆ 移动端低配
Half-Lambert $L_d = k_d * (0.5*(N·L)+0.5)^2$ 增强暗部细节 ★★☆ 卡通渲染
Disney Diffuse 复杂能量守恒公式 物理准确，计算复杂 ★★★ PC/主机高品质
Burley Diffuse 基于微表面理论 PBR标准，次表面散射近似 ★★★ 金属/粗糙度工作流
具体实现方法及示例
Lambert模型（URP默认）
hlsl
// Lighting.hlsl 中的实现
half3 DiffuseLambert(half3 diffuseColor)
{
return diffuseColor / PI; // 能量归一化
}
// 实际调用示例
half NdotL = saturate(dot(normalWS, light.direction));
half3 lambert = DiffuseLambert(_BaseColor.rgb) * NdotL;
Half-Lambert（Valve改进版）
hlsl
half3 DiffuseHalfLambert(half3 diffuseColor, half NdotL)
{
half wrap = 0.5 * (NdotL + 1.0);
return diffuseColor * wrap * wrap;
}
// 调用示例
half3 halfLambert = DiffuseHalfLambert(_BaseColor.rgb, NdotL);
Disney Diffuse（URP Lit.shader使用）
hlsl
// BRDF.hlsl 中的实现
half3 DiffuseDisney(half3 baseColor, half NdotV, half NdotL, half LdotH, half roughness)
{
half fd90 = 0.5 + 2 * LdotH * LdotH * roughness;
half lightScatter = (1 + (fd90 - 1) * pow(1 - NdotL, 5));
half viewScatter = (1 + (fd90 - 1) * pow(1 - NdotV, 5));
return baseColor * lightScatter * viewScatter / PI;
}
URP实际使用情况
默认采用方案：
Simple Lit管线：Lambert模型（简化版）
Lit管线：Disney Diffuse + Burley改进（见BRDF.hlsl）
核心代码路径：
Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/BRDF.hlsl
→ DirectBDRF()函数
→ DisneyDiffuse()分支
性能优化策略：
csharp
// URP Asset中可关闭高质量漫反射
UniversalRenderPipelineAsset.asset →
Lighting → UseRoughnessRefraction = false
方法对比
视觉差异：
Lambert：明暗对比强烈
Half-Lambert：暗部提亮约30%
Disney：边缘光更自然（菲涅尔效应）
推荐选择：
移动端：Lambert（Simple Lit）
主机/PC：Disney（Lit Shader）
风格化：Half-Lambert（需自定义Shader）
URP 2022 LTS版本中，主流的Lit.shader默认使用改进版Disney模型，通过#define _BRDF_BURLEY宏启用。开发者可通过修改BRDF.hlsl中的#define语句切换不同模型。
除了以上Unity URP中涉及到的基于物理光照模型的漫反射实现方式，还有Oren-Nayar模型来实现漫反射
Oren-Nayar模型原理
核心思想：
由Michael Oren和Shree Nayar于1994年提出，基于微表面自阴影理论，适用于粗糙表面（如布料、砂石）。其公式为：
$L = k_d * max(0, N·L) * (A + B * max(0, cos(φ_v-φ_l)) * sin(α) * tan(β))$
$A = 1 - 0.5*(σ²)/(σ²+0.33)$
$B = 0.45*(σ²)/(σ²+0.09)$
$α = max(θ_v, θ_l)$
$β = min(θ_v, θ_l)$
σ：表面粗糙度参数（0°-90°）
φ：方位角
视觉特性：
粗糙表面边缘亮度增强
逆向光时出现"后向散射"效果
相比Lambert更符合真实布料观测
Unity URP中的使用情况
默认未采用原因：
性能考量：需要额外计算角度和粗糙度（比Lambert多30%指令数）
艺术控制：参数物理意义不如PBR直观
光照一致性：URP优先保证移动端性能
替代方案：
简单场景：使用SimpleLit的Lambert
复杂材质：通过LitShader的Smoothness参数间接控制
手动实现方案
若需在URP中使用Oren-Nayar，可修改BRDF.hlsl：
hlsl
// 在BRDF.hlsl中添加
half3 DiffuseOrenNayar(half3 albedo, half roughness, half NdotV, half NdotL, half LdotV)
{
half sigma2 = roughness * roughness;
half A = 1.0 - 0.5 * sigma2 / (sigma2 + 0.33);
half B = 0.45 * sigma2 / (sigma2 + 0.09);
half s = LdotV - NdotL * NdotV;
half t = s > 0 ? 1.0 / max(NdotL, NdotV) : 1.0;
return albedo * (A + B * s * t) * NdotL;
}
适用场景建议
推荐使用情况：
风格化渲染（如手绘布料）
考古/地质仿真项目
需要特殊边缘光效果的场景
性能对比：
模型 指令数(移动端) 内存访问
Lambert 12 3
Oren-Nayar 38 5
Disney 45 6
当前URP 2022 LTS版本中，可通过自定义Shader Graph节点实现Oren-Nayar，但官方未内置因其不符合URP的"性能优先"设计原则。实际项目中建议通过法线贴图+Lambert近似替代。
【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达