CG之菲涅尔效果简单实现

　　菲涅尔效果，指当光到达两种材质的接触面时，一些光在接触面的表面被反射出去，而另一部分光将发生折射穿过接触面。

　　现在要用shader来实现这种效果，如果要精确地描述这种底层的物理，其计算公式是非常复杂的，性能消耗也比较大。我们的目的是使创建的图像看上去真实，因此我们不使用菲涅尔公式本身，而是使用以下经验公式，它能够用非常少的计算获得很好的效果。

reflectionCoefficient = max(0, min(1, bias + scale * pow(1 + dot(I,N), power)))

finalColor = reflectionCoefficient * reflectedColor + (1 - reflectionCoefficient ) * refractedColor

在unity3d中的渲染效果如下：

shader如下：

 Shader "Custom/Test"
 {
     Properties
     {
         _Cube("Cube", Cube) = "white" {}
         _EtaRatio("Eta ratio", float) = 0.8
         _FresnelPower("Fresnel power", float) =
         _FresnelScale("Fresnel scale", float) =
         _FresnelBias("Fresnel bias", float) =
     }

     SubShader
     {
         Tags
         {
             "RenderType" = "Opaque"
         }

         Pass
         {
             CGPROGRAM
             #pragma vertex Vert
             #pragma fragment Frag

             #include "UnityCG.cginc"

             uniform samplerCUBE _Cube;
             uniform float _EtaRatio;
             uniform float _FresnelPower;
             uniform float _FresnelScale;
             uniform float _FresnelBias;

             struct AppData
             {
                 float4 pos : POSITION;
                 float3 nor : NORMAL;
             };

             struct V2F
             {
                 float4 pos : SV_POSITION;
                 float reflectionFactor : Color;
                 float3 r : TEXCOORD0;
                 float3 t : TEXCOORD1;
             };

             V2F Vert(AppData vi)
             {
                 V2F fi;
                 fi.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, vi.pos);

                 float3 n = normalize(mul(vi.nor, (float3x3)_World2Object));
                 float3 viewDir = WorldSpaceViewDir(vi.pos);
                 float3 i = normalize(-viewDir);

                 fi.r = reflect(i, n);                                                                        // 反射向量
                 fi.t = refract(i, n, _EtaRatio);                                                            // 折射向量
                 fi.reflectionFactor = _FresnelBias + _FresnelScale * pow( + dot(i, n), _FresnelPower);        // 反射颜色所占比例

                 return fi;
             }

             float4 Frag(V2F fi) : Color
             {
                 float4 reflectC = texCUBE(_Cube, fi.r);
                 float4 refractC = texCUBE(_Cube, fi.t);
                 return lerp(refractC, reflectC, fi.reflectionFactor);
             }

             ENDCG
         }
     }
 }

shader

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