在Unity URP中,实时阴影的工作流程基于
ShadowMap技术
实现,主要流程如下:【从UnityURP开始探索游戏渲染】
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一、阴影生成流程
阴影贴图(ShadowMap)生成
在光源位置设置虚拟相机,渲染场景深度到纹理:
- 主光源阴影由
ShadowCaster Pass
处理,输出深度图到_MainLightShadowmapTexture
- 使用级联阴影(Cascaded Shadow Mapping)提升精度:将ShadowMap划分为2×2图集,对应不同精度等级
csharp // URP核心流程if (主光源开启阴影) { MainLightShadowCasterPass.Render();// 生成_MainLightShadowmapTexture }
深度值比较
正常渲染时执行:
- 将像素坐标转换到光源空间获取深度值
- 采样ShadowMap比较深度:若当前深度 > ShadowMap值,则判定为阴影区域
二、关键Pass的作用
ShadowCaster Pass
-
作用
:专用于生成阴影贴图 -
输出目标
:_MainLightShadowmapTexture
(主光源)或自定义ShadowMap -
Shader要求
:
hlsl Pass { Tags { "LightMode" = "ShadowCaster" } #pragma multi_compile_shadowcaster // 生成SHADOWS_DEPTH/SHADOW_CUBE宏 V2F_SHADOW_CASTER; // 声明数据结构 TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o) // 顶点着色器处理深度偏移 }
来自于Lit的阴影投射pass
// ShadowCaster 计算灯光的深度贴图,相当于以光的位置主动投射到物体上,形成的偏移阴影。用来投射阴影到其他位置的计算。 // 这里涉及到_ShadowBias在Shadow.hlsl中x分量表示DepthBias深度方向偏移,y分量表示NormalBias法线方向偏移。 Pass { Name "ShadowCaster" Tags { "LightMode" = "ShadowCaster" } // ------------------------------------- // Render State Commands ZWrite On ZTest LEqual ColorMask 0 Cull[_Cull] HLSLPROGRAM #pragma target 2.0 // ------------------------------------- // Shader Stages #pragma vertex ShadowPassVertex #pragma fragment ShadowPassFragment // ------------------------------------- // Material Keywords #pragma shader_feature_local _ALPHATEST_ON #pragma shader_feature_local_fragment _SMOOTHNESS_TEXTURE_ALBEDO_CHANNEL_A //-------------------------------------- // GPU Instancing #pragma multi_compile_instancing #include_with_pragmas "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/DOTS.hlsl" // ------------------------------------- // Universal Pipeline keywords // ------------------------------------- // Unity defined keywords #pragma multi_compile_fragment _ LOD_FADE_CROSSFADE // This is used during shadow map generation to differentiate between directional and punctual light shadows, as they use different formulas to apply Normal Bias #pragma multi_compile_vertex _ _CASTING_PUNCTUAL_LIGHT_SHADOW // ------------------------------------- // Includes #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/Shaders/LitInput.hlsl" #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/Shaders/ShadowCasterPass.hlsl" ENDHLSL }
ShadowCasterPass.hlsl
阴影投射主要计算在顶点计算位置,片元不需要处理纹理颜色阴影返回0给黑色。
#ifndef UNIVERSAL_SHADOW_CASTER_PASS_INCLUDED #define UNIVERSAL_SHADOW_CASTER_PASS_INCLUDED #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl" #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl" #if defined(LOD_FADE_CROSSFADE) #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/LODCrossFade.hlsl" #endif // Shadow Casting Light geometric parameters. These variables are used when applying the shadow Normal Bias and are set by UnityEngine.Rendering.Universal.ShadowUtils.SetupShadowCasterConstantBuffer in com.unity.render-pipelines.universal/Runtime/ShadowUtils.cs // For Directional lights, _LightDirection is used when applying shadow Normal Bias. // For Spot lights and Point lights, _LightPosition is used to compute the actual light direction because it is different at each shadow caster geometry vertex. float3 _LightDirection; float3 _LightPosition; struct Attributes { float4 positionOS : POSITION; float3 normalOS : NORMAL; float2 texcoord : TEXCOORD0; UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID }; struct Varyings { #if defined(_ALPHATEST_ON) float2 uv : TEXCOORD0; #endif float4 positionCS : SV_POSITION; UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID }; float4 GetShadowPositionHClip(Attributes input) { float3 positionWS = TransformObjectToWorld(input.positionOS.xyz); float3 normalWS = TransformObjectToWorldNormal(input.normalOS); #if _CASTING_PUNCTUAL_LIGHT_SHADOW float3 lightDirectionWS = normalize(_LightPosition - positionWS); #else float3 lightDirectionWS = _LightDirection; #endif float4 positionCS = TransformWorldToHClip(ApplyShadowBias(positionWS, normalWS, lightDirectionWS)); #if UNITY_REVERSED_Z positionCS.z = min(positionCS.z, UNITY_NEAR_CLIP_VALUE); #else positionCS.z = max(positionCS.z, UNITY_NEAR_CLIP_VALUE); #endif return positionCS; } Varyings ShadowPassVertex(Attributes input) { Varyings output; UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(input); UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(input, output); #if defined(_ALPHATEST_ON) output.uv = TRANSFORM_TEX(input.texcoord, _BaseMap); #endif output.positionCS = GetShadowPositionHClip(input); return output; } half4 ShadowPassFragment(Varyings input) : SV_TARGET { UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(input); #if defined(_ALPHATEST_ON) Alpha(SampleAlbedoAlpha(input.uv, TEXTURE2D_ARGS(_BaseMap, sampler_BaseMap)).a, _BaseColor, _Cutoff); #endif #if defined(LOD_FADE_CROSSFADE) LODFadeCrossFade(input.positionCS); #endif return 0; } #endif
DepthOnly Pass
-
作用
:生成场景深度图(非直接用于阴影) -
输出目标
:_CameraDepthTexture
-
阴影关联
:为屏幕空间阴影计算提供场景深度数据,非阴影贴图直接来源
三、阴影生成位置
-
核心Pass
:阴影完全由LightMode="ShadowCaster"
的Pass生成 -
执行阶段
:在MainLightShadowCasterPass
渲染管线阶段完成 -
纹理存储
:- 主光源阴影 →
_MainLightShadowmapTexture
- 点光源阴影 → CubeMap形式存储
- 主光源阴影 →
四、深度偏移处理
通过TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET
宏:
- 自动计算法线偏移
- 解决Shadow Acne(阴影痤疮)和Peter Panning(边缘剥离)问题
五、级联阴影优化
URP采用2×2级联图集:
- 每级对应不同视锥区域
- 动态分配精度:近距离高精度,远距离低精度
- 通过
GetShadowCasterBounds()
计算光源影响范围
⚠️ 注意事项
- 物体需包含
ShadowCaster
Pass才能投射阴影- 深度测试冲突可能导致阴影缺失,需检查材质配置
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这一切,似未曾拥有