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 Off
        Cull Back
        /*ZWrite [_ZWrite]
        
        ZTest [_ZTest]*/
        
        Offset -1,-1
        
        UsePass "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 _ST
            float4 _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 sampler
            sampler _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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