Unity中Shader阴影的接收

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前言

Unity中Shader阴影的接收(基于上一篇文章)

• Unity中Shader阴影的投射

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一、阴影接受的步骤

这是没有写阴影接收前的效果（虽然勾选了接收阴影，但是没有阴影效果）

采样阴影
1.在v2f中添加UNITY_SHADOW_COORDS(idx),unity会自动声明一个叫_ShadowCoord的float4变量，用作阴影的采样坐标.
2.在顶点着色器中添加TRANSFER_SHADOW(o)，用于将上面定义的_ShadowCoord纹理采样坐标变换到相应的屏幕空间纹理坐标，为采样阴影纹理使用.
3.在片断着色器中添加UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos)，其中atten即存储了采样后的阴影.

因为是接受阴影，所以效果写在实现效果的Pass中

1、在v2f中添加UNITY_SHADOW_COORDS(idx),unity会自动声明一个叫_ShadowCoord的float4变量，用作阴影的采样坐标.

这里需要引入 AutoLighting.cginc

#include “AutoLight.cginc”

查看源码可知，为什么是叫 _ShadowCoord 的 float4 变量

UNITY_SHADOW_COORDS(1)

2、在顶点着色器中添加TRANSFER_SHADOW(o)，用于将上面定义的_ShadowCoord纹理采样坐标变换到相应的屏幕空间纹理坐标，为采样阴影纹理使用.

TRANSFER_SHADOW(o)

3、在片断着色器中添加UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos)，其中atten即存储了采样后的阴影.

UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos)

在使用之前，需要得到 i.worldPos

• 首先，在 v2f 中，定义一个 float4 存储worldPos

float4 worldPos :TEXCOORD2;

• 然后，在顶点着色器中，把 顶点信息 转化到世界空间下

o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);

• 最后，在片元着色器使用 UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos)

UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos)

现在我们输出看一下效果（会发现效果不对，只有白色）

return atten;

这时，我们对比一下，自带的 Shader 和 我们写的Shader之间有什么区别
自带的 Shader 中，比我们Shader多出了 SHADOWS_SCREEN 的宏

4、加上所需要的宏

• 法一，使用一个比较全面的宏来定义(比较浪费性能)

#pragma multi_compile_fwdbase novertexlight nodynlightmap nodirlightmap
定义在LightMode = ForwardBase的Pass中,在此Pass中仅只持一个平行灯(逐像素)以及其它逐顶点灯和SH当照.这个指令的作用是一次性生成Unity在ForwardBase中需要的各种内置宏.
DIRECTIONAL DIRLIGHTMAP_COMBINED DYNAMICLIGHTMAP_ON LIGHTMAP_ON LIGHTMAP_SHADOW_MIXING LIGHTPROBE_SH SHADOWS_SCREEN SHADOWS_SHADOWMASK VERTEXLIGHT_ON

1. DIRECTIONAL :主平行灯下的效果开启,fowwardBase下必开宏
2. DIRLIGHTMAP_COMBINED :烘焙界面中的DirecitonalMode设置为Directional
3. DYNAMICLIGHTMAP_ON :RealtimeGI是否开启
4. LIGHTMAP_ON：当对象标记为LightMap Static并且场景烘焙后开启
5. LIGHTMAP_SHADOW_MIXING:当灯光设置为Mixed,光照烘焙模式设置为Subtractive或者shadowMask时开启,Baked Indirect情况下无效
6. LIGHTPROBE_SH:开启光照探针,动态物体会受到LightProbe的影响,静态物体与此不相关
7. SHADOWS_SCREEN:在硬件支持屏幕阴影的情况下，同时处理阴影的距离范围内时开启
8. SHADOWS_SHADOWMASK:当灯光设置为Mixed,光照烘焙模式设置为shadowMask时开启
9. VERTEXLIGHT_ON ：是否受到逐顶点的照明

使用之后,我们会发现,小狐狸能接受阴影了

然后,我们用atten值与采样后的纹理值,相乘输出即可

我们会发现影子比较黑,可以在 光线处调节 或者 之后使用 GI 来修改

虽然,我们实现了阴影的效果
但是,使用这个全面的 宏,特别消耗性能


可以看见,这个Shader的变体已经到了惊人的 86 个之多,但是,没有使用到。这是极其浪费的,所以我们要剔除无用的变体

#pragma multi_compile_fwdbase
//剔除无用的变体
#pragma skip_variants DIRLIGHTMAP_COMBINED DYNAMICLIGHTMAP_ON LIGHTMAP_ON LIGHTMAP_SHADOW_MIXING LIGHTPROBE_SH SHADOWS_SHADOWMASK VERTEXLIGHT_ON

剔除后,变体只剩下 5 个了

• 法二、自己定义需要的变体

#pragma multi_compile DIRECTIONAL SHADOWS_SCREEN

可以看见我们的变体数量还是 5 个,且效果一样

测试代码:

Shader "MyShader/P1_7_3"
{Properties{[Enum(Off,0,On,1)]_ZWrite("ZWrite",int) = 0[Enum(UnityEngine.Rendering.CompareFunction)]_ZTest("ZTest",int) = 0//使用这个标签，可以使外部暴露属性，有标题[Header(Base)][NoScaleOffset]_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}_Clip("Clip",Range(0,1)) = 0//使用这个标签可以 在两行暴露属性之间加 间隙[Space(10)][Header(Dissolve)]_DissolveTex("DissolveTex",2D) = "black"{}[NoScaleOffset]_RampTex("RampTex(RGB)",2D) = "black" {}}SubShader{Tags{"Queue" = "Geometry"}Blend OffCull Back/*ZWrite [_ZWrite]ZTest [_ZTest]*/Offset -1,-1UsePass "MyShader/P1_6_4/XRay"Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag//#pragma multi_compile_fwdbase//剔除无用的变体//#pragma skip_variants DIRLIGHTMAP_COMBINED DYNAMICLIGHTMAP_ON LIGHTMAP_ON LIGHTMAP_SHADOW_MIXING LIGHTPROBE_SH SHADOWS_SHADOWMASK VERTEXLIGHT_ON//自己定义，阴影需要使用的变体#pragma multi_compile DIRECTIONAL SHADOWS_SCREEN#include "UnityCG.cginc"#include "AutoLight.cginc"sampler2D _MainTex;float _Clip;sampler2D _DissolveTex; //这个四维向量，xyzw分别表示 Tilling 和 Offset 的 xy ,命名方式 在纹理名 后加 _STfloat4 _DissolveTex_ST;//因为 在使用渐变纹理时，只使用了 渐变纹理的 u 坐标，所以把  sampler2D 换为 samplersampler _RampTex;struct appdata{float4 vertex : POSITION;float4 uv : TEXCOORD0;};//1.在v2f中添加UNITY_SHADOW_COORDS(idx),unity会自动声明一个叫_ShadowCoord的float4变量，用作阴影的采样坐标.struct v2f{float4 uv : TEXCOORD0;float4 pos : SV_POSITION;UNITY_SHADOW_COORDS(1)float4 worldPos :TEXCOORD2;};//2.在顶点着色器中添加TRANSFER_SHADOW(o)，用于将上面定义的_ShadowCoord纹理采样坐标变换到相应的屏幕空间纹理坐标，为采样阴影纹理使用.v2f vert (appdata v){v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//为了减少传入的值 ，所以就不创建新变量来存储，而是把 uv 改为  四维向量 来用//使用 o.uv 的 xy 来存放 原人物贴图//使用 o.uv 的 zw 来存放 噪波贴图缩放 和 偏移 后的值o.uv.xy = v.uv.xy;//o.uv.zw = v.uv * _DissolveTex_ST.xy + _DissolveTex_ST.zw;o.uv.zw = TRANSFORM_TEX(v.uv,_DissolveTex);TRANSFER_SHADOW(o)//把顶点转化到世界空间下o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);return o;}//3.在片断着色器中添加UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos)，其中atten即存储了采样后的阴影.fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos)fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv.xy);//把阴影 和 纹理相乘col *= atten;//外部获取的 纹理 ，使用前都需要采样fixed4 dissolveTex = tex2D(_DissolveTex,i.uv.zw);//片段的取舍clip(dissolveTex.r -  _Clip);//进行归一化fixed4 dissolveValue = saturate((dissolveTex.r - _Clip) / (_Clip + 0.1 - _Clip));fixed4 rampTex = tex1D(_RampTex,dissolveValue.r);//col += rampTex;return col;}ENDCG}//阴影的投射Pass{//1、设置 "LightMode" = "ShadowCaster"Tags{"LightMode" = "ShadowCaster"}CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag//需要添加一个 Unity变体#pragma multi_compile_shadowcaster#include "UnityCG.cginc"//声明消融使用的变量float _Clip;sampler2D _DissolveTex;float4 _DissolveTex_ST;//2、appdata中声明float4 vertex:POSITION;和half3 normal:NORMAL;这是生成阴影所需要的语义.//注意：在appdata部分，我们几乎不要去修改名字 和 对应的类型。//因为，在Unity中封装好的很多方法都是使用这些标准的名字struct appdata{float4 vertex:POSITION;half3 normal:NORMAL;float4 uv:TEXCOORD;};//3、v2f中添加V2F_SHADOW_CASTER;用于声明需要传送到片断的数据.struct v2f{float4 uv : TEXCOORD;V2F_SHADOW_CASTER;};//4、在顶点着色器中添加TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o)，主要是计算阴影的偏移以解决不正确的Shadow Acne和Peter Panning现象.v2f vert(appdata v){v2f o;o.uv.zw = TRANSFORM_TEX(v.uv,_DissolveTex);TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o);return o;}//5、在片断着色器中添加SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i)fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{//外部获取的 纹理 ，使用前都需要采样fixed4 dissolveTex = tex2D(_DissolveTex,i.uv.zw);//片段的取舍clip(dissolveTex.r -  _Clip);SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i);}ENDCG}}
}

二、补充

1、在场景中，旋转摄像头 或 拉近摄像头 时影子会时不时的消失，这是因为我们没有正确开启 光照模式

Tags{“LightMode”=“ForwardBase”}

2、场景中的阴影是纯黑的，黑的看不见原本的颜色的情况

可以在 光线处调节 或者 之后使用 GI 来修改

3、要正确接受阴影，最好开启阴影投射中的ShadowCaster

Tags{“LightMode” = “ShadowCaster”}

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