又是一个好玩的小玩具好用的小工具呢！
可以通过Window → Analysis → Frame Debugger打开
然后点击左上角的Enable，就可以查看了
点击1打开或关闭Frame Debugger
滑动2一步一步查看渲染过程
点击3切换显示渲染效果和shader中的属性值（对于纹理，可以ctr + 鼠标左键查看大图）
点击4查看每个步骤的状态
目前只要知道这些就可以了，Frame Debugger的更多玩法详情见Unity User Manual (2019.4 LTS)Graphics Optimizing graphics performanceFrame Debugger
Light组件中的3个属性
以及Transform组件中的两个属性
上面的5个属性用一个可以调节亮度的手电筒来理解就再简单不过了：
准备工作
SubShader{
Tags{"RenderType" = "Opaque"}
Pass{
Tags{"LightMode" = "ForwardBase"} // ForwardBase Pass
CGPROGRAM
#pragma multi_compile_fwdbase // 正确赋值一些内置变量
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
// ...
ENDCG
}
Pass{
Tags{"LightMode" = "ForwardAdd"} // ForwardAdd Pass
Blend One One // 注意开启混合，否则之前的渲染结果会被覆盖
CGPROGRAM
#pragma multi_compile_fwdadd // 正确赋值一些内置变量
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc"
// ...
ENDCG
}
FallBack "Specular"
}
接下来看之前最常用到的平行光，在ForwardBase Pass中片元着色器的代码
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
// 方向（平行光位置参数无效，_WorldSpaceLightPos0.w = 0，_WorldSpaceLightPos0.xyz中存储rotation）
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
// 颜色 & 强度： _LightColor0已经是 颜色*强度 的结果
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);
// 衰减：平行光可以认为无衰减
fixed atten = 1.0;
// 最终结果计算：记得带上衰减的影响
return fixed4(ambient + (diffuse + specular) * atten, 1.0);
}
然后是ForwardAdd Pass中的点光源和聚光灯：
PS：这段代码信息量有点大，代码注释中基本只解释了每行代码的作用，更具体的作用和意思会单独拿出来说
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
// 方向
#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT // 如果该光源是平行光
// 直接使用平行光的方向即可
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
#else // 如果是点光源或聚光灯
// 光照方向需要使用 光源位置 - 点坐标 进行计算
fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPos.xyz);
#endif
// 颜色 & 强度： _LightColor0已经是 颜色*强度 的结果
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);
// 衰减
#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT // 如果是平行光
fixed atten = 1.0; // 认为无衰减
#else
#if defined (POINT) // 点光源
// 计算该点在光源空间的坐标
float3 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, float4(i.worldPos, 1)).xyz;
// 纹理采样获得该点的光源衰减
fixed atten = tex2D(_LightTexture0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
#elif defined (SPOT) // 聚光灯
// 计算该点在光源空间的坐标
float4 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, float4(i.worldPos, 1));
fixed atten = // 式子有点长，下面分行写
// 物体在聚光灯z轴正方向时会受到光照
(lightCoord.z > 0)
// _LightTexture0，cookie纹理，聚光灯的投影形态
* tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w
// _LightTextureB0，衰减纹理
* tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
#else
fixed atten = 1.0;
#endif
#endif
// 最终结果计算：记得带上衰减的影响
return fixed4((diffuse + specular) * atten, 1.0);
}
迷惑点1：mul(unity_WorldToLight, float4(i.worldPos, 1))，为什么要float4(i.worldPos, 1)的“1”？
之前进行的空间变换都是直接与矩阵相乘，这次为什么要多一个1呢？
因为这次是对点进行变换，之前是对向量（w为0，且位置对向量无意义）
迷惑点2：dot(lightCoord, lightCoord).rr是啥东西？
fixed atten = tex2D(_LightTexture0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
首先认识一下“最熟悉的陌生人”：.，它是Cg语言中常见的swizzle操作符，可以将一个向量的成员取出组成一个新的向量
比如，float4 a = (0.1, 0.2, 0.3, 1)，那a.rgb = a.xyz = (0.1, 0.2, 0.3)，a.aa = a.ww = (1, 1)
然后再看，lightCoord是刚刚计算的点在光源空间的坐标
那dot(lightCoord, lightCoord)就是点距离光源中心的距离的平方
那dot(lightCoord, lightCoord).rr就是用这个距离的平方构造了一个xy相等的二维坐标
那tex2D(_LightTexture0, dot(lightCoord, lightCoord).rr就是对_LightTexture0对角线上的纹理进行采样
补充
dot(lightCoord, lightCoord) 是距离的平方，作为采样的纹理坐标，其值域应该是 [0，1]，应该怎么理解呢？
（目前没有找到更多关于光源空间坐标的信息，以下仅为个人理解）
虽然uv的范围是（0，1），但是纹理也分 clamp 和 repeat 两种
很明显 _LightTextureB0 这里是 clamp 类型，那么距离的平方这里也就很好理解了，当它的范围超过 1 时，会按照（1，1）采样，也就是距离超过了光源可以照亮的最大范围，衰减为 0 了
那是不是所有到光源距离超过 1 的点都会衰减到 0 ？
其实不是的，因为准确的说是 “ 光源空间中，到光源距离超过 1 的点的光照都会衰减到 0 ”
也就是说，点的光照是不是会衰减为 0，取决于点转换到光源空间后，它到光源的距离是不是大于 1
根据上面说过的两点，其实可以推测出，修改光源的光照范围，其实就是修改光源空间 xyz 三个坐标轴在世界空间的向量表示，导致世界空间和光源空间的转换矩阵被改变，进而改变了点转换到光源空间后到光源的距离，最终改变了这个点的光照衰减值
迷惑点3：纹理采样怎么得到衰减？衰减纹理长什么样？
这里的采样的纹理其实就是一张查找表（Lookup Table，LUT），因为使用数学公式计算衰减往往涉及开根号、除法等计算量较大的操作
根据代码来看，查找表获得的颜色值的UNITY_ATTEN_CHANNEL通道就是衰减值，那么它一定是rgb中的一个颜色，或者a透明度
在场景里只开启一个点光源，放到可以离物体较近且可以较好的照亮物体的地方，打开帧调试器，一步一步找到这个_LightTexture0纹理，它被Unity标记成了“UnityAttenuation”
从小图标看，大致能猜到这个UNITY_ATTEN_CHANNEL通道就是r通道了
不过这个纹理的尺寸是1024 * 1的，无法正常通过ctr + 鼠标左键打开查看：
于是从知乎上（ UnityShader入门精要笔记12：高级光照B）找到了一个获取衰减纹理的shader，换上这个shader后再打开帧调试器，就能看到这张纹理了：
可以看到这个纹理的名字是“TempBuffer1713”，尺寸是328 * 322，刚好是当前Game窗口的大小
这是因为现在看到的这张纹理并不是真正的_LightTexture0，而是渲染到Game窗口的最终帧图像
图中红色框住的是名为TempBuffer1713的普通MainTex（Game窗口尺寸）
蓝色框住的是名为UnityAttenuation的衰减纹理_LightTexture0（还是1024 * 1，查看无果），看阶段的名字也可以明白原因
…扯远了，平面上的纹理对角线的r通道颜色值，就是光照强度随顶点到光源衰减后的值
要注意把xy轴的方向放对，否则平面的纹理会出现翻转（红边不在左侧）的情况
现在这样就符合从（0，0）到（1，1）光照强度越来越小了
迷惑点4：(lightCoord.z > 0)怎么也可以放到式子里计算？有什么用？
把它改成(lightCoord.z > 0.5)，在场景里看一下效果：
注意观察右侧Transform组件的position的y值，和场景中的光照效果
可以发现，大概是在5的位置，光照效果会在突然出现或消失
代码中写的是0.5，中间差了10倍
找一找就会发现，刚好Range参数的设置是10
把y值改为4.999，发现光照消失
再把Range改为20，y值调整为10和9.999进行验证，符合刚刚的结论
所以这个(lightCoord.z > 0.5)其实是和Range一起计算，来判断某一点是否会被光照到
它其实也等价于 lightCoord.z > 0 ? 1 : 0;或者lightCoord.z > 0.5 ? 1 : 0;这些
迷惑点5：tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w是什么？
在计算点光源的代码中，_LightTexture0是衰减纹理
与计算聚光灯的代码对比发现，聚光灯的衰减纹理计算使用的纹理是_LightTextureB0，那它的_LightTexture0又是什么？
先分析一下这个代码：
对于2中的 + 0.5，之前像素的章节学习过，像素的坐标是它中心点的坐标，所以要 + 0.5
// 物体在聚光灯z轴正方向时会受到光照
(lightCoord.z > 0)
//
* tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w
// _LightTextureB0，衰减纹理
* tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
回忆之前学习过的遮罩纹理和渐变纹理，可以很轻松猜到对_LightTexture0采样的w通道应该就是聚光灯的遮罩通道
再打开帧调试器进行确认：
_LightTextureB0是一个128*128的纹理，可以打开查看
中间白四角黑，边界有较为平滑的灰色过度，很容易让人联想到遮罩
再联想一下，就会想到聚光灯投射到物体上的光点
补充：
Spot面板上有一个可以放纹理的地方：Cookie
随便选一个上去
聚光灯的光照区域变成了刚刚选择的纹理的灰度图
并且给出了警告：聚光灯的Cookie纹理要设置为Clamp模式，避免出现走样
同时打开帧调试器，发现原先的白色圆圈已经变成了刚刚的蓝色法线纹理，也证明了这个LightTexture0就是刚刚的Cookie纹理
至此这三行代码终于都明白了
// 物体在聚光灯z轴正方向时会受到光照
(lightCoord.z > 0)
// _LightTexture0，cookie纹理，聚光灯的投影形态
* tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w
// _LightTextureB0，衰减纹理
* tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).rr).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
总结
这一部分感受最深的是，帧调试器真好用！玩多了甚至有点上瘾
之前复习过的比较基础的线代知识也真的很有用，果然基础很重要
…
另外，乐乐大佬的这本书编排顺序真的很适合小白学习啊，还好当时没有跳着看
参考资料
UnityShader入门精要笔记12：高级光照B这篇文章帮我解决了很多问题，也提供了很多思路，表示感谢~