Unity中Shader的模型网格阴影
文章目录
- 前言
- 一、网格阴影原理
-
- 1、在世界空间下，把角色模型在Y轴上压缩成一个面片，把修改成像影子的颜色
- 2、把压缩后的面片，移动到合适的位置，把模型和阴影面片错开
- 3、实现距离脚进的阴影偏移少，距离脚远的阴影偏移多
- 二、网格阴影的优缺点
-
- 优点：
- 缺点：
- 三、模型网格阴影的实现
-
- 1、在 LOD 400 的 SubShader 的第一个 Pass 中，我们只保留最基础的模型渲染效果
- 2、然后继续加一个Pass，用来实现模型网格阴影
前言
Unity中Shader的模型网格阴影,一般用于 低配设置 情况下模拟影子的样子，节省性能。（适用于地面比较平缓的游戏）
一、网格阴影原理
1、在世界空间下，把角色模型在Y轴上压缩成一个面片，把修改成像影子的颜色
2、把压缩后的面片，移动到合适的位置，把模型和阴影面片错开
3、实现距离脚进的阴影偏移少，距离脚远的阴影偏移多
二、网格阴影的优缺点
优点：
1.实现简单
2.效果实时，清晰
缺点：
1.需要两个Pass来渲染
2.在地面起伏较大时，容易穿帮
三、模型网格阴影的实现
我们继续使用上一篇文章中的Shader来进行测试
- Unity中Shader的ShaderLOD
我们在中配的Shader中，实现网格阴影
需要两个Pass,一个Pass实现基本的渲染，另一个Pass实现模型网格阴影
1、在 LOD 400 的 SubShader 的第一个 Pass 中，我们只保留最基础的模型渲染效果
Pass
{
//Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
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
#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;
};
struct v2f
{
float4 uv : TEXCOORD0;
float4 pos : SV_POSITION;
float4 worldPos :TEXCOORD1;
};
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;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv.xy);
//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
}
2、然后继续加一个Pass，用来实现模型网格阴影
- 因为我们需要修改的东西，只跟顶点有关，所以在应用程序传入 和 顶点传入片元 时，只用传入顶点信息即可
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
};
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
};
-
把模型压缩成一个面（为了防止面片角度乱动，所以需要转化到世界空间下来压缩）
-
压缩的时候，修改世界空间下的 y 值即可
-
把顶点信息从 世界空间 下转化到裁剪空间，使用 UNITY_MATRIX_VP
v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
//在世界空间下 压缩模型顶点，防止压缩后角度乱动
float4 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
worldPos.y = 0.001;
//转化为裁剪空间内的坐标，转化时使用 UNITY_MATRIX_VP 从世界空间转化到 裁剪空间
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_VP,worldPos);
return o;
}
- 因为角色脚的位置不是一成不变的，所以需要定义变量用来接受角色实时的 脚的位置
_Shadow(“Shadow”,Float) = 0.001 用该值来替代 上面的 0.001
替代后效果（可以修改影子生成的位置了）：
- 给世界空间下的 xz 值加减值，实现阴影的偏移
worldPos.xz += float2(-1,2);
- 在偏移后，发现偏移值并没有离脚近偏移少，离脚远，偏移多
实现该效果，只需要让加减的偏移值乘以角色以脚为坐标原点的 y 值即可
但是，我们的模型原点是在模型中央的，那么要获取从脚为坐标原点的 y 值
只需要使用角色的 y 值 减去 之前影子所在的 y 值即可
worldPos.xz += float2(-1,2) * (worldPosY - _Shadow);
实现后效果：
- 实现以上效果后，我们的影子角度也是需要修改的，所以把之前 定义的阴影位置的变量改为四维向量，xz 控制影子偏移角度，y 控制影子位置，z 控制影子透明度
（使用四维向量的原因，节省性能。要让影子透明需要修改混合模式后才看得到效果）
属性栏中：
_Shadow(“Offset(XZ) Height(Y) Alpha(W)”,Vector) = (-1,0.001,1,0)
SubShader中：
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
顶点着色器 和 片元着色器中：
v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
//在世界空间下 压缩模型顶点后，防止压缩后角度乱动
float4 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
float worldPosY = worldPos.y;
worldPos.y = _Shadow.y;
worldPos.xz += _Shadow.xz * (worldPosY - _Shadow.y);
//转化为裁剪空间内的坐标，转化时使用 UNITY_MATRIX_VP 从世界空间转化到 裁剪空间
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_VP,worldPos);
return o;
}
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
fixed4 col = 0;
col.a = _Shadow.w;
return col;
}
修改后效果：
但是，我们会发现 使影子变透明后，压缩后的模型会出现 模型另一面的效果，这个情况，和之前模板测试时一模一样，使用模板测试就可解决
//使用模板测试 让 透明后的模型别看见后面的效果(对比后，不等于的直接替换)
Stencil
{
//这个值，目前是随便取的
Ref 100
//不等于上面的值的话
Comp NotEqual
//替代
Pass Replace
}
最终代码：
//网格阴影原理
Shader "MyShader/P1_7_6"
{
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" {}
[Header(Shadow)]
_Shadow("Offset(XZ) Height(Y) Alpha(W)",Vector) = (-1,0.001,1,0)
}
SubShader
{
Tags{"Queue" = "Geometry"}
LOD 600
Blend Off
Cull Back
/*ZWrite [_ZWrite]
ZTest [_ZTest]*/
Offset -1,-1
UsePass "MyShader/P1_6_4/XRay"
Pass
{
//Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
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
}
}
SubShader
{
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
LOD 400
//使用模板测试 让 透明后的模型别看见后面的效果(对比后，不等于的直接替换)
Stencil
{
//这个值，目前是随便取的
Ref 100
//不等于上面的值的话
Comp NotEqual
//替代
Pass Replace
}
Pass
{
//Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
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
#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;
};
struct v2f
{
float4 uv : TEXCOORD0;
float4 pos : SV_POSITION;
float4 worldPos :TEXCOORD1;
};
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;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv.xy);
//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
}
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
float4 _Shadow;
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
};
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
};
v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
//在世界空间下 压缩模型顶点后，防止压缩后角度乱动
float4 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
float worldPosY = worldPos.y;
worldPos.y = _Shadow.y;
worldPos.xz += _Shadow.xz * (worldPosY - _Shadow.y);
//转化为裁剪空间内的坐标，转化时使用 UNITY_MATRIX_VP 从世界空间转化到 裁剪空间
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_VP,worldPos);
return o;
}
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
fixed4 col = 0;
col.a = _Shadow.w;
return col;
}
ENDCG
}
}
// Fallback "Legacy Shaders/VertexLit"
}
最终效果：
