如何在Unity中实现基于物理的材质系统（PBR）？

物理基础渲染（PBR）是一种流行的渲染技术，它基于物理定律来模拟表面反射。PBR材质可以根据光线的角度、环境和材质属性计算出正确的颜色，使得渲染结果更加真实。

PBR的基本原理

PBR材质主要考虑以下两个因素：

1. 漫反射：光线照射到物体表面后，会均匀地散射开来。漫反射的颜色通常由物体的基础颜色决定。
2. 镜面反射：光线照射到物体表面后，一部分光线会被反射回去。这部分反射光的颜色取决于光照条件以及材质表面的光滑程度。

在PBR中，材质表面的属性通常包括：

• 金属度（Metallic）：表示物体表面是否具有金属特性。金属的反射光颜色通常是由物体的基础颜色决定的，而非金属则更倾向于白色。
• 粗糙度（Roughness）：控制反射光的模糊程度。粗糙度越低，反射光越清晰；反之，反射光越模糊。
• 法线贴图（Normal Map）：增加表面细节，使表面看起来更复杂。

Unity ShaderLab实现

下面是一个简单的PBR Shader示例：

Shader "Custom/PBRShader"
{
    Properties
    {
        _BaseColor("Base Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _Metallic("Metallic", Range(0, 1)) = 0.5
        _Roughness("Roughness", Range(0, 1)) = 0.5
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows
        #pragma target 3.0

        sampler2D _MainTex;
        sampler2D _NormalMap;
        float4 _BaseColor;
        half _Metallic;
        half _Roughness;

        struct Input
        {
            float2 uv_MainTex;
            float2 uv_NormalMap;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
        {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb * _BaseColor.rgb;
            o.Metallic = _Metallic;
            o.Smoothness = 1 - _Roughness;
            o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap));
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

这个Shader使用了Unity内置的Standard光照模型，通过Properties定义了材质的基本属性，如基础颜色、金属度、粗糙度等。surf函数中，我们根据这些属性设置了表面输出的Albedo（基础颜色）、Metallic（金属度）、Smoothness（光滑度）和Normal（法线）。

要使用这个Shader，只需将其分配给任何Unity中的材质，并调整其属性即可。