Unity Shader如何实现基于光照图的简易昼夜变化

这篇文章主要介绍Unity Shader如何实现基于光照图的简易昼夜变化，文中介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们一定要看完！

好，还是先上一张最终效果的动态图，变化过程有点卡顿，是因为GIF压缩抽帧导致的，实际没有这个问题。不过应该可以表现出一天的时段变化了。

可能有的朋友发现问题了，哎呀，怎么影子木有变化.....是的，变不了，因为我们这是基于烘焙过得光照图做的变化，所以，阴影是固定的。如果我们有实时光，就不是这个教程所涉及的了，直接调整方向光就可以了。

这个方案最早是基于我以前做的一个MMO项目，在几年前，实时光并不现实（现在对于很多项目来说也不现实），光线几乎都是由烘焙后的光照图来决定。但是我们在做一些剧情动画时，又需要一些昼夜变化，通常这些变化还是很快速的。譬如，剧情中写道“就这么，一夜过去了.....”，如果这时候能加一个快速变化的光照系统，还是很有画面感的，对吧？然后，就有了这个暴力简陋版昼夜系统。

为什么说它暴力简陋版呢？因为它真的很暴力，我们最终想到的性能最优办法，就是直接修改所有材质的颜色，当然最终如果实现出好的效果的话，还是需要很多方面考量的，这里只提供一个简单的解题思路。

修改材质的颜色，总不能让我们写代码去挨个遍历场景中所有的材质来修改颜色吧，累死了，而且一想就知道性能堪忧。好在Unity为我们提供了一个便利的修改方法，就是全局修改shader属性。我们来看看官方的这个API，修改全局shader颜色的，（Shader.SetGlobalColor）。

用起来很简单，这个API可以直接的修改场景里所有叫这个名字的属性，前提是这个属性没有被暴露在编辑器里，也就是说你只能在Pass通道里声明它，如果你在属性块里声明了它，对不起，这个API无效，它会优先使用属性块里定义的参数。

熟悉了这个API，接下来就简单了，我们只需要在每一个需要变化的shader里，加入一个天光的颜色属性，直接乘上去就行了，最后再全局修改这个颜色。看看下面的shader重点代码，多出来的代码，用手指头都能数的过来。

    //这里就是需要修改的全局颜色---天光颜色    fixed4 _SkyColor;
    void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {      // 直接乘上去就好了      fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color*_SkyColor;

好，还没完，重点是我们需要用一个脚本来控制修改这个颜色。

这里我写了四个时段的颜色，分别是，早晨，中午，下午，晚上（事实上如果不计较细节，早晨和中午可以合并）。并把这四个颜色暴露出来，供场景人员修改。还有一个一整天循环一次所需要的时间，单位为秒。

接下来就是在代码里去推进时间了，下面是代码，还是比较简单的，每一行我都写了详细注释，但我代码写的并不好，请谅解。

public class DayAndNightManager : MonoBehaviour{    public float oneDayTime = 10; //一整天循环一次的时间，这里默认的十秒    public Color morningColor = Color.white; //早晨颜色    public Color noonColor = Color.white; //中午颜色    public Color afterNoonColor = Color.white; //傍晚颜色    public Color nightColor = Color.white; //晚上颜色
    private Color[] colors;//所用的所有时间段的颜色    private Color currentColor;//当前颜色    private float dayTimer; //时间    // Use this for initialization    void Start () {        //把所有时段的颜色收集起来，这里多了一个，是因为整个是一个循环，结束的时候要回到凌晨时段，所以最后一个颜色是早晨的颜色        colors = new Color[5];        colors[0] = morningColor;        colors[1] = noonColor;        colors[2] = afterNoonColor;        colors[3] = nightColor;        colors[4] = morningColor;        //初始化        Shader.SetGlobalColor("_SkyColor",Color.white);        currentColor = morningColor;        dayTimer = 0;    }
    // Update is called once per frame    void Update()    {        //时间开始推进，乘以4是因为我们有四个时段，这样再乘以后面的一整天时间才是准确的。        dayTimer += Time.deltaTime*4/oneDayTime;        //一个循环结束了，重新开始        if (dayTimer >= (float)colors.Length - 1)        {            dayTimer = 0;        }        //采样两个颜色，第一个是即将过去的时间颜色，第二个是即将到来的时间颜色，我们通过两个数学方法向下和向上取整。        Color color01 = colors[Mathf.FloorToInt(dayTimer)];        Color color02 = colors[Mathf.CeilToInt(dayTimer)];        //两个颜色的占比，我们通过取时间的小数部分，就可以了。        float weight = dayTimer - Mathf.FloorToInt(dayTimer);        //利用权重来对颜色进行融合        currentColor = Color.Lerp(color01, color02, weight);        //修改全局颜色，_SkyColor已经写到所有的shader里了        Shader.SetGlobalColor("_SkyColor", currentColor);        //修改全局时间，这个主要是控制天空盒的贴图融合        Shader.SetGlobalFloat("_DayAndNightChange", dayTimer);


    }

代码的最后一行是修改天空盒的贴图融合，是的，光变了，天空盒怎么能不变，所以我用了四张天空盒的贴图来做过度，听着内存有点吃紧是吧？如果想节约的话，可以用一张贴图来做颜色变化就可以了，但是效果可能没有这样好一点，美术同学可以把四张图都给你画的很美吆。

至于天空盒的shader，也很简单，我使用了一个float属性来融合四张贴图，重点代码如下。

    //重点是这个变量，通过全局修改这个变量的参数来对四个时段的贴图采样，并融合。    //这个变量的范围与脚本的时间一致，都是0-4循环，最后一个时段与第一个一样，都是凌晨    float _DayAndNightChange;
    half4 frag (v2f i) : SV_Target    {      //基本就是一些融合算法，先利用时间来算出每个贴图的颜色占比，然后统一加到一起。      //这只是计算了天空盒的一面，后面的Pass算法相同     half4 col01 = skybox_frag(i,_Tex01, _Tex01_HDR)*(saturate(1- _DayAndNightChange));     half4 col02 = (skybox_frag(i,_Tex02, _Tex02_HDR)*(saturate(2- _DayAndNightChange)))-(skybox_frag(i,_Tex02, _Tex02_HDR)*(saturate(1- _DayAndNightChange)));     half4 col03 = (skybox_frag(i,_Tex03, _Tex03_HDR)*(saturate(3- _DayAndNightChange)))-(skybox_frag(i,_Tex03, _Tex03_HDR)*(saturate(2- _DayAndNightChange)));     half4 col04 = (skybox_frag(i,_Tex04, _Tex04_HDR)*(saturate(4- _DayAndNightChange)))-(skybox_frag(i,_Tex04, _Tex04_HDR)*(saturate(3- _DayAndNightChange)));     half4 col05 = skybox_frag(i,_Tex01, _Tex01_HDR)*(saturate(_DayAndNightChange -3));     half4 c = col01 +col02+col03+col04+col05;     return c;     }

代码有些冗余，有很大的修改空间........但是这样看着比较清楚，其实就是利用_DayAndNightChange这个属性对每张贴图进行采样，然后融合。

好，这里我只是实现了一个简易版的效果，如果想在项目中使用，并实现好的效果，还有很多需要考虑的，譬如，全局修改雾的颜色，还有晚上开启一些灯光效果，火把效果，还可以写一个方法，用于跳转到某个时间。还有如果这种属性多了的话，最好重新修改一下编辑窗口，否则美术同学看着会很乱。

至于性能方面，这种系统还是很好控制的，个人推荐时间的变化不要像我写的这样每帧一次，可以控制一下，譬如0.1s一次。

上面这个简单工程我也附在这里，如果有什么不对的地方，望指正。

对了，这个工程在打开的时候可能场景是黑的，运行一次就好了。原因是，全局修改的变量，也就是那个_SkyColor，在没有赋值的时候，是黑色的。后期这个东西可能需要改一下，

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