为啥Unity的Standard Shader在不同光照环境下表现不同？

为啥Unity的Standard Shader在不同光照环境下表现不同？

Unity的Standard Shader，作为其内置的物理正确渲染（Physically Based Rendering, PBR）解决方案的核心，旨在模拟真实世界光照交互。正因如此，它在不同的光照环境下表现出显著差异，并非缺陷，而是其设计理念和实现机制的必然结果。要理解这种差异，需要深入了解PBR的原理、Standard Shader的参数以及光照环境在渲染过程中扮演的角色。

首先，PBR的核心在于模拟光线与材质表面的相互作用，并基于物理定律进行计算。它不仅仅是简单地叠加颜色和光照信息，而是考虑到表面粗糙度、金属度、反射率等物理属性，以及光线在不同角度下的反射、折射和散射等行为。这意味着，光照环境本身就成为了决定最终渲染效果的关键因素。如果光照环境发生变化，例如从漫射光转换为直射光，或者改变光源颜色和强度，光线与材质表面的交互方式也会随之改变，从而导致视觉表现的显著差异。

Standard Shader公开了一系列参数，允许开发者控制材质的物理属性。这些参数包括：

Albedo (反照率):

Metallic (金属度):

Smoothness (平滑度):

Normal Map (法线贴图):

Occlusion Map (环境光遮蔽贴图):

这些参数与光照环境相互作用，共同决定了最终的渲染结果。例如，在高光环境下，光滑的金属材质会呈现出强烈的高光反射，而粗糙的非金属材质则表现出更加柔和的漫反射。在低光环境下，环境光遮蔽贴图会更加明显，增强材质的立体感。因此，仅仅改变光照环境，就能显著影响Standard Shader在不同材质上的表现。

其次，光照环境不仅仅包含直接光照（例如平行光、点光源和聚光灯），还包括间接光照（例如环境光和全局光照）。直接光照直接照射到物体表面，而间接光照则是由其他物体反射或折射的光线，最终到达物体表面。Standard Shader考虑了直接光照和间接光照的贡献，并且Unity的全局光照（Global Illumination, GI）系统能够进一步提升渲染的真实感。

全局光照模拟了光线在场景中多次反弹的效果，从而创建更加自然的光照效果。例如，当光线照射到红色的墙壁上时，部分光线会被墙壁吸收，部分光线会被反射出去，并带有红色色调。这些带有红色色调的光线会进一步照射到其他物体上，从而影响它们的颜色。如果没有全局光照，这些间接光照效果就会被忽略，从而导致渲染结果不够真实。因此，启用全局光照后，Standard Shader在不同光照环境下的表现会更加逼真，但同时也更加复杂，因为间接光照会受到场景中所有物体的影响。

此外，Unity的光照探针（Light Probes）和反射探针（Reflection Probes）也对Standard Shader的表现产生影响。光照探针用于捕捉场景中的环境光照信息，并将这些信息应用到动态物体上。反射探针用于捕捉场景中的反射信息，并将这些信息应用到金属或光滑的物体上。通过使用光照探针和反射探针，可以使动态物体更好地融入场景中，并且使金属或光滑的物体呈现出更加逼真的反射效果。然而，如果光照探针和反射探针的设置不正确，例如位置不合理或分辨率过低，就会导致渲染结果出现瑕疵。因此，需要 carefully 配置光照探针和反射探针，以确保Standard Shader在不同光照环境下的表现达到最佳效果。

最后，我们需要意识到屏幕后处理效果，例如色调映射（Tone Mapping）、颜色校正（Color Grading）和 Bloom，也会进一步影响Standard Shader的最终视觉表现。色调映射用于将高动态范围（High Dynamic Range, HDR）图像转换为低动态范围（Low Dynamic Range, LDR）图像，以便在显示器上正确显示。颜色校正用于调整图像的颜色平衡、对比度和饱和度。Bloom用于模拟光线在镜头或人眼中散射的效果，从而创建更加梦幻或强烈的视觉效果。这些后处理效果可以显著改变图像的整体外观，并且也会影响Standard Shader在不同光照环境下的表现。例如，在高光环境下，使用较强的Bloom效果可以增强高光的亮度，从而使材质看起来更加闪耀。在低光环境下，使用颜色校正可以调整图像的颜色平衡，从而使材质看起来更加鲜艳。因此，需要 careful 选择和配置屏幕后处理效果，以确保Standard Shader的最终视觉表现符合预期。

综上所述，Unity的Standard Shader在不同光照环境下表现不同，是其物理正确渲染特性的体现。这种差异是由PBR的原理、Standard Shader的参数、光照环境的组成、全局光照的启用、光照探针和反射探针的使用，以及屏幕后处理效果的配置共同决定的。为了更好地利用Standard Shader，开发者需要深入理解这些因素之间的相互作用，并根据具体的场景需求进行调整，才能获得最佳的渲染效果。