Unity阴影采用的是 shadow map 的技术,即把摄像机放到光源位置上,看不到的地方就有阴影。

前向渲染中,若一光源开启了阴影,Unity会计算它的阴影映射纹理(shadow map),它其实是一张深度图,记录了从光源位置出发,能看到的场景中距离它最近的表面位置的深度信息。

Unity中采用LightMode为ShadowCaster的Pass来生成这张 shadow map,首先会从本shader中找这个pass,若没有就从fallback的shader中层层寻找。

然后在fragment shader中,比较该点与shadow map中对应的点的深度,若大于,则处在阴影区域,否则不在阴影区域。

阴影包括投射阴影和接收阴影2个部分。

投射阴影,则需将该物体加入到光源的shadow map的计算中。

接收阴影,则需要对shadow map进行采样,把采样结果和最后的光照结果相乘来产生阴影效果。

shader如下:

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Custom/Forward Rendering"
{
Properties
{
_MainTex("Main Texture", 2D) = "white" {}
_Specular("Specular", Color) = (,,,)
_Gloss("Gloss", Range(,)) =
} SubShader
{
Pass
{
Tags
{
"LightMode" = "ForwardBase"
} CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_fwdbase #include "UnityCg.cginc"
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc" sampler2D _MainTex;
fixed4 _Specular;
float _Gloss; struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 normal : NORMAL;
}; struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 worldNormal : TEXCOORD1;
float4 worldPos: TEXCOORD2;
SHADOW_COORDS()
}; v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
TRANSFER_SHADOW(o);
return o;
} fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET
{
fixed4 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv);
fixed4 ambient = albedo * UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT; float3 worldLight = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos.xyz));
float3 worldView = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos.xyz));
fixed4 diff = albedo * _LightColor0 * max(, dot(i.worldNormal, worldLight)); float3 halfDir = normalize(worldView + worldLight);
fixed4 spec = albedo * _Specular * pow(max(, dot(halfDir, i.worldNormal)), _Gloss); float shadow = SHADOW_ATTENUATION(i);
fixed4 col = ambient + (diff + spec) * shadow;
return col;
} ENDCG
} Pass
{
Tags
{
"LightMode" = "ForwardAdd"
}
Blend One One CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_fwdadd #include "UnityCg.cginc"
#include "Lighting.cginc"
#include "AutoLight.cginc" sampler2D _MainTex;
fixed4 _Specular;
float _Gloss; struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 normal : NORMAL;
}; struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 worldNormal : TEXCOORD1;
float4 worldPos: TEXCOORD2;
SHADOW_COORDS()
}; v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
TRANSFER_SHADOW(o);
return o;
} fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET
{
fixed4 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv); float3 worldLight = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos.xyz));
float3 worldView = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos.xyz));
fixed4 diff = albedo * _LightColor0 * max(, dot(i.worldNormal, worldLight)); float3 halfDir = normalize(worldView + worldLight);
fixed4 spec = albedo * _Specular * pow(max(, dot(halfDir, i.worldNormal)), _Gloss); // 参考 AutoLight.cginc
float atten;
#ifdef USING_DIRECTIONAL_LIGHT
atten = ;
#else
float4 lightCoord = mul(unity_WorldToLight, i.worldPos);
#ifdef POINT
atten = tex2D(_LightTexture0, dot(lightCoord.xyz,lightCoord.xyz).xx).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
#elif SPOT
atten = (lightCoord.z > ) * tex2D(_LightTexture0, lightCoord.xy / lightCoord.w + 0.5).w * tex2D(_LightTextureB0, dot(lightCoord, lightCoord).xx).UNITY_ATTEN_CHANNEL;
#endif
#endif float shadow = SHADOW_ATTENUATION(i); fixed4 col = (diff + spec) * atten * shadow;
return col;
} ENDCG
}
} Fallback "VertexLit"
}

效果如下:

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