URP 渲染实战 / 第 12 章 PBR 进阶材质 / 案例 12.8
案例 12.8油膜与彩虹色高阶
目标：用干涉反射率替换 GGX 里的 Schlick 菲涅尔，做出油膜效果；对比 3 波长、16 波长光谱积分，以及 core 包里 HDRP 使用的 Belcour 实现。
Assets/Cookbook/Ch12/ThinFilm.shader（节选：film）
float3 FilmFresnel(float cosTheta, float thickness) { #if defined(_FILM_RGB3) // 偷懒版：只在 R/G/B 三个代表波长上算一次 Airy 反射率 float sin2 = (1.0 - cosTheta * cosTheta) / (_FilmIOR * _FilmIOR); float opd = 2.0 * _FilmIOR * thickness * sqrt(saturate(1.0 - sin2)); float r12 = -sqrt(AdvF_Schlick(Sq((1.0 - _FilmIOR) / (1.0 + _FilmIOR)), 1.0, cosTheta)); float baseIOR = (1.0 + sqrt(_BaseF0)) / (1.0 - sqrt(min(_BaseF0, 0.99))); float r23 = sign(_FilmIOR - baseIOR) * sqrt(Sq((_FilmIOR - baseIOR) / (_FilmIOR + baseIOR))); return float3(AdvAiryReflectance(r12, r23, opd, 650.0), AdvAiryReflectance(r12, r23, opd, 532.0), AdvAiryReflectance(r12, r23, opd, 450.0)); #elif defined(_FILM_BELCOUR) // core 包里 HDRP 用的 Belcour & Barla 2017 实现；它的厚度参数是 0~1 的归一化值 return EvalIridescence(1.0, cosTheta, saturate(thickness / 1000.0), _BaseF0.xxx); #else return AdvThinFilm(cosTheta, thickness, _FilmIOR, _BaseF0); #endif }
vec3 FilmFresnel(float cosTheta, float thickness) { #if defined(_FILM_RGB3) // 偷懒版：只在 R/G/B 三个代表波长上算一次 Airy 反射率 float sin2 = (1.0 - cosTheta * cosTheta) / (_FilmIOR * _FilmIOR); float opd = 2.0 * _FilmIOR * thickness * sqrt(saturate(1.0 - sin2)); float r12 = -sqrt(AdvF_Schlick(Sq((1.0 - _FilmIOR) / (1.0 + _FilmIOR)), 1.0, cosTheta)); float baseIOR = (1.0 + sqrt(_BaseF0)) / (1.0 - sqrt(min(_BaseF0, 0.99))); float r23 = sign(_FilmIOR - baseIOR) * sqrt(Sq((_FilmIOR - baseIOR) / (_FilmIOR + baseIOR))); return vec3(AdvAiryReflectance(r12, r23, opd, 650.0), AdvAiryReflectance(r12, r23, opd, 532.0), AdvAiryReflectance(r12, r23, opd, 450.0)); #elif defined(_FILM_BELCOUR) // core 包里 HDRP 用的 Belcour & Barla 2017 实现；它的厚度参数是 0~1 的归一化值 return EvalIridescence(1.0, cosTheta, saturate(thickness / 1000.0), vec3(_BaseF0)); #else return AdvThinFilm(cosTheta, thickness, _FilmIOR, _BaseF0); #endif }
core 包的 BSDF.hlsl 里有一个现成的 EvalIridescence（Belcour 与 Barla 2017 的实现，HDRP 的 Iridescence 材质就用它），它在傅里叶空间里对配色函数做了解析积分，比逐波长采样更高效、也更准确。它的厚度参数是一个 0～1 的归一化值，内部还用它同时推导出膜的折射率，所以和我们的“纳米 + 折射率”参数不能一一对应，对比时只看颜色的“风格”即可。因为 URP 的 Lighting.hlsl 已经间接包含了 BSDF.hlsl，在 URP Shader 里可以直接调用它。
膜厚加了一张噪声贴图做空间变化：真实的油膜和肥皂泡厚度从来不均匀，正是厚度的起伏造成了一圈圈的彩色条纹。
膜厚和颜色的对应有一个经验规律：100 nm 以下几乎没有颜色（只是略微变暗或变亮）；200～600 nm 是一阶、二阶干涉色，颜色最鲜艳；超过 1 μm 后，相邻波长的相位差太大，各种颜色互相抵消，又趋于灰白。所以想要“鲜艳的彩虹色”，膜厚的变化范围要落在几百纳米内。
调参建议基底越暗，干涉色越显眼：肥皂泡之所以五彩斑斓，是因为它背后是透出来的环境，自身几乎没有漫反射。做甲虫壳、改装车的“变色龙漆”时，可以把薄膜干涉放在清漆层上（把清漆的 F 换成干涉反射率），底层用深色金属——这就是把 12.2 节和本节组合起来。