ShadowMap是比较流行的实时阴影实现方案，原理比较简单，但真正实现起来还是会遇到很多问题的，我这里主要记录下实现方式
先看效果
凹凸地形上也有阴影
实现原理
ShadowMap技术是从灯光空间用相机渲染一张RenderTexture，把深度值写入其中所以称之为深度图，在把接受阴影的物体从模型空间转换到灯光空间中，获取深度图里的深度进行比较，如果深度值比深度图中取出的值大就说明该点为阴影。
《Cg教程_可编程实时图形权威指南》书上说的原理
阴影映射是一个双过程的技术：
1、 首先，场景以光源的位置为视点被渲染。每个渲染图像的像素的深度被记录在一个“深度纹理”中（这个纹理通常被称为阴影贴图）。
2、 然后，场景从眼睛的位置渲染，但是用标准的阴影纹理把阴影贴图从灯的位置投影到场景中。在每个像素，深度采样（从被投影的阴影贴图纹理）与片段到灯的距离进行比较。如果后者大，该像素就不是最靠近灯源的表面。这意味着这个片段是阴影，它在着色过程中不应该接受光照。
第一步：生成深度图shader####
把视点空间的Z值深度传入片段找色器里除以w转换为其次坐标，为啥要传入片段找色器处理呢？因为GPU会对片段找色器传入的参数进行插值计算，这样才能更精确的计算出深度。
计算出深度之后，要转换到一张图片里存储起来，如何把一个float存入图片中呢？
float是4个字节的，刚好可以对应RGBA4个分量，把一个float转换成颜色值就可以存为图片了，Unity中提供了一个内置函数：EncodeFloatRGBA帮助我们转换
Shader "lijia/DeapthTextureShader"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 100
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 vertex : SV_POSITION;
float2 depth : TEXCOORD1;
};
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
o.depth = o.vertex.zw;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float depth = i.depth.x/i.depth.y;
fixed4 col = EncodeFloatRGBA(depth);
return col;
}
ENDCG
}
}
}
第二步：接受阴影的Shader
假如有一块地板作为接受阴影的物体，在这个物体上运行该Shader
- 把深度值传入片段着色器里，在片段着色器中除以w转换为其次坐标的深度值（跟生成深度图的Shader一样处理）
- 把顶点转换到灯光的视点空间，这里是传入一个lijia_ProjectionMatrix 矩阵计算的
- 取出该像素对应深度图上的颜色值，转换成深度值
- 把该像素的深度值跟深度图里取出来的值进行比较，如果比深度图里的大，该点就为阴影
Shader "swan/ShadowMap/ShadowMapNormal"
{
Properties
{
_MainTex("Texture", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_fog
#include "UnityCG.cginc"
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
// sampler2D unity_Lightmap;//若开启光照贴图，系统默认填值
// float4 unity_LightmapST;//与上unity_Lightmap同理
struct v2f {
float4 pos:SV_POSITION;
float2 uv:TEXCOORD0;
float2 uv2:TEXCOORD1;
UNITY_FOG_COORDS(2)
float4 proj : TEXCOORD3;
float2 depth : TEXCOORD4;
};
float4x4 lijia_ProjectionMatrix;
sampler2D lijia_DepthTexture;
v2f vert(appdata_full v)
{
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
//动态阴影
o.depth = o.pos.zw;
lijia_ProjectionMatrix = mul(lijia_ProjectionMatrix, unity_ObjectToWorld);
o.proj = mul(lijia_ProjectionMatrix, v.vertex);
//--------------------------------------------------
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
o.uv2 = v.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;
UNITY_TRANSFER_FOG(o, o.pos);
return o;
}
fixed4 frag(v2f v) : COLOR
{
//解密光照贴图计算公式
float3 lightmapColor = DecodeLightmap(UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_Lightmap,v.uv2));
fixed4 col = tex2D(_MainTex, v.uv);
col.rgb *= lightmapColor;
UNITY_APPLY_FOG(v.fogCoord, col);
float depth = v.depth.x / v.depth.y;
fixed4 dcol = tex2Dproj(lijia_DepthTexture, v.proj);
float d = DecodeFloatRGBA(dcol);
float shadowScale = 1;
if(depth > d)
{
shadowScale = 0.55;
}
return col*shadowScale;
}
ENDCG
}
}
}
第三步：写一个脚本调用上面的2个Shader####
上面我们已经创建好了2个Shader
- 生成深度图的DeapthTextureShader.shader
- 接受阴影的ShadowMapNormal（我这里把T4M跟接收光照贴图的处理都写进去了）
脚本主要做的事情
- 创建一个相机把角度设置的跟灯光一样，渲染出一张深度图传入给接受阴影的Shader（像素越高阴影的精度越高，但是消耗也就越大）
- 计算好顶点转换到灯光空间的矩阵传入给接受阴影的shader
using UnityEngine;
using System.Collections;
namespace SwanEngine.Core
{
/// <summary>
/// 创建depth相机
/// by lijia
/// </summary>
public class DepthTextureCamera : MonoBehaviour
{
Camera _camera;
RenderTexture _rt;
/// <summary>
/// 光照的角度
/// </summary>
public Transform lightTrans;
Matrix4x4 sm = new Matrix4x4();
void Start()
{
_camera = new GameObject().AddComponent<Camera>();
_camera.name = "DepthCamera";
_camera.depth = 2;
_camera.clearFlags = CameraClearFlags.SolidColor;
_camera.backgroundColor = new Color(1, 1, 1, 0);
_camera.cullingMask = LayerMask.GetMask("Player");
_camera.aspect = 1;
_camera.transform.position = this.transform.position;
_camera.transform.rotation = this.transform.rotation;
_camera.transform.parent = this.transform;
_camera.orthographic = true;
_camera.orthographicSize = 10;
sm.m00 = 0.5f;
sm.m11 = 0.5f;
sm.m22 = 0.5f;
sm.m03 = 0.5f;
sm.m13 = 0.5f;
sm.m23 = 0.5f;
sm.m33 = 1;
_rt = new RenderTexture(1024, 1024, 0);
_rt.wrapMode = TextureWrapMode.Clamp;
_camera.targetTexture = _rt;
_camera.SetReplacementShader(Shader.Find("lijia/DeapthTextureShader"), "RenderType");
}
void Update()
{
this.transform.eulerAngles = new Vector3(37.2f, -46.109f, -90.489f);
_camera.Render();
Matrix4x4 tm = GL.GetGPUProjectionMatrix(_camera.projectionMatrix, false) * _camera.worldToCameraMatrix;
tm = sm * tm;
Shader.SetGlobalMatrix("lijia_ProjectionMatrix", tm);
Shader.SetGlobalTexture("lijia_DepthTexture", _rt);
}
}
}
后面的话
几乎所有的代码我都贴上来了，有一些Shader基础的话应该是可以实现出效果的，希望能够帮助到你们理解ShadowMap
在Unity里动态阴影的实现方式还有很多，这里有个大合集
https://blog.uwa4d.com/archives/sparkle_shadow.html
