Shader中的光照模型（八）-- 实现阴影效果

最新推荐文章于 2025-04-08 00:13:46 发布
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分类专栏： Unity ShaderLab
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_43598617/article/details/118058498
版权

【本系列文章系学习 唐福幸《Unity ShaderLab 新手宝典》的笔记，包含个人理解，如有错误欢迎批评指出

Shader中的光照模型

6.7.4 实现阴影效果

为了便于实现，方便理解实现逻辑，本案例在Lambert光照模型（逐像素光照渲染）基础上进行改进。
原代码

Shader "Chapter6/LambertFrag"
{
    Properties
    {
        _MainCol ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"
            #include "UnityLightingCommon.cginc"

            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD0;//这里不能是NORMAL，会跟appdata_base冲突
                float4 vertex : TEXCOORD1;
            };

            fixed4 _MainCol;

            v2f vert (appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.normal = v.normal;
                o.vertex = v.vertex;
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                //法线向量
                float3 n = UnityObjectToWorldNormal(i.normal);
                //n = normalize(n);

                //灯光方向向量
                fixed3 l = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);

                //计算漫反射
                fixed ndotl = dot(n,l);
                fixed4 color = _LightColor0 * _MainCol *saturate(ndotl);

                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
6.7.4.1 一个投射阴影

修改灯光的阴影开关（并把图中的Sphere球 和Plane地面 都附上相应材质），如下
打开阴影
在这里插入图片描述

多个灯光下，只有一个平行光产生阴影效果在这里插入图片描述
附上代码：

Shader "Chapter6/LambertFrag"
{
    Properties
    {
        _MainColor ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }//第一步：添加标签，计算主要灯光模式
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            //第二步：调用多重编译指令，为当前pass中渲染的每个灯光编译出不同变体
            #pragma multi_compile_fwdbase

            #include "UnityCG.cginc"
            //第三步：引入相关文件，便于使用内置变量和预定义函数
            #include "Lighting.cginc"
            #include "AutoLight.cginc"

            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD0;//这里不能是NORMAL，会跟appdata_base冲突
                float4 vertex: TEXCOORD1;
                SHADOW_COORDS(2)//第四步：使用预定义宏保存阴影贴图坐标，2表示texcoord后的序号，前面两套已经被使用了
            };

            fixed4 _MainColor;

            v2f vert (appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.normal = v.normal;
                o.vertex = v.vertex;
                //第五步：TRANSFER_SHADOW
                //1:如果当前平台可以使用屏幕空间的阴影映射技术(SCREENSPACE_SHADOWS），则会调用内置的ComputeScreenPos函数计算屏幕空间的uv坐标，存储在_ShadowCoord，后续直接用屏幕uv坐标采样屏幕阴影贴图;
                //2:如果不支持则会使用传统的阴影映射技术，TRANSFER_SHADOW会把顶点坐标从模型空间转换到光源空间后存储到_ShadowCoord中，后续根据坐标信息对ShadowMap采样。
                TRANSFER_SHADOW(o)
                //我的理解是，如果使用屏幕空间的阴影映射技术，会计算物体在光照下阴影对应的屏幕空间的uv坐标
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                //法线向量
                float3 n = UnityObjectToWorldNormal(i.normal);
                //n = normalize(n);

                //灯光方向向量
                //fixed3 l = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//意思是第一个平行光的方向
                float3 l = WorldSpaceLightDir(i.vertex);//第六步：会根据不同类型的灯光计算灯光方向，没有归一化
                l = normalize(l);
                float4 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,i.vertex);//第七步：获取世界空间顶点坐标

                //计算漫反射Lambert光照
                fixed ndotl = dot(n,l);
                fixed4 color = _LightColor0 * _MainColor *saturate(ndotl);

                //第八步：加上4个点光源的光照
                //Shade4PointLights: 从4个点光源计算漫反射照明，并以特殊方式打包数据。
                //unity_4LightPosX0,unity_4LightPosY0,unity_4LightPosZ0,4个坐标的向量数据
                color.rgb += Shade4PointLights(
                unity_4LightPosX0,unity_4LightPosY0,unity_4LightPosZ0,
                unity_LightColor[0].rgb,unity_LightColor[1].rgb,
                unity_LightColor[2].rgb,unity_LightColor[3].rgb,
                unity_4LightAtten0,worldPos.rgb,n) * _MainColor;

                //第九步：加上环境光照
                color += unity_AmbientSky;

                //第十步：使用宏定义计算阴影系数
                //用于计算光照衰减系数。参数一为返回值（光照衰减系数），参数二用于阴影计算，参数三是世界坐标
                UNITY_LIGHT_ATTENUATION(shadowmask,i,worldPos.rgb)

                //第十一步：阴影合成
                color.rgb *= shadowmask;
                return color;
            }
            ENDCG
        }

    }
    FallBack "Diffuse"//第十二步：这里的Fallback并不是备胎，而是必要的保存投影的方式 https://blog.youkuaiyun.com/shenmifangke/article/details/50466798
}
6.7.4.2 多个投射阴影

最终效果
在这里插入图片描述



Shader "Chapter6/LambertFrag"
{
    Properties
    {
        _MainColor ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Pass
        {
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }//第一步：添加标签，计算主要灯光模式
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            //第二步：调用多重编译指令，为当前pass中渲染的每个灯光编译出不同变体
            #pragma multi_compile_fwdbase

            #include "UnityCG.cginc"
            //第三步：引入相关文件，便于使用内置变量和预定义函数
            #include "Lighting.cginc"
            #include "AutoLight.cginc"

            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD0;//这里不能是NORMAL，会跟appdata_base冲突
                float4 vertex: TEXCOORD1;
                SHADOW_COORDS(2)//第四步：使用预定义宏保存阴影贴图坐标，2表示texcoord后的序号，前面两套已经被使用了
            };

            fixed4 _MainColor;

            v2f vert (appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.normal = v.normal;
                o.vertex = v.vertex;
                //第五步：TRANSFER_SHADOW
                //1:如果当前平台可以使用屏幕空间的阴影映射技术(SCREENSPACE_SHADOWS），则会调用内置的ComputeScreenPos函数计算屏幕空间的uv坐标，存储在_ShadowCoord，后续直接用屏幕uv坐标采样屏幕阴影贴图;
                //2:如果不支持则会使用传统的阴影映射技术，TRANSFER_SHADOW会把顶点坐标从模型空间转换到光源空间后存储到_ShadowCoord中，后续根据坐标信息对ShadowMap采样。
                TRANSFER_SHADOW(o)
                //我的理解是，如果使用屏幕空间的阴影映射技术，会计算物体在光照下阴影对应的屏幕空间的uv坐标
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                //法线向量
                float3 n = UnityObjectToWorldNormal(i.normal);
                //n = normalize(n);

                //灯光方向向量
                //fixed3 l = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//意思是第一个平行光的方向
                float3 l = WorldSpaceLightDir(i.vertex);//第六步：会根据不同类型的灯光计算灯光方向，没有归一化
                l = normalize(l);
                float4 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,i.vertex);//第七步：获取世界空间顶点坐标

                //计算漫反射Lambert光照
                fixed ndotl = dot(n,l);
                fixed4 color = _LightColor0 * _MainColor *saturate(ndotl);

                //第八步：加上4个点光源的光照
                //Shade4PointLights: 从4个点光源计算漫反射照明，并以特殊方式打包数据。
                //unity_4LightPosX0,unity_4LightPosY0,unity_4LightPosZ0,4个坐标的向量数据
                color.rgb += Shade4PointLights(
                unity_4LightPosX0,unity_4LightPosY0,unity_4LightPosZ0,
                unity_LightColor[0].rgb,unity_LightColor[1].rgb,
                unity_LightColor[2].rgb,unity_LightColor[3].rgb,
                unity_4LightAtten0,worldPos.rgb,n) * _MainColor;

                //第九步：加上环境光照
                color += unity_AmbientSky;

                //第十步：使用宏定义计算阴影系数
                //用于计算光照衰减系数。参数一为返回值（光照衰减系数），参数二用于阴影计算，参数三是世界坐标
                UNITY_LIGHT_ATTENUATION(shadowmask,i,worldPos.rgb)

                //第十一步：阴影合成
                color.rgb *= shadowmask;
                return color;
            }
            ENDCG
        }

        Pass
        {
            Tags { "LightMode"="ForwardAdd" }//第十二步：添加标签，为每一个逐像素灯光生成一个Pass进行光照计算
            Blend One One//第十三步：混合指令，避免当前Pass完全覆盖之前的Shader
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            //第十四步：调用多重编译指令，用于处理平行光、聚光灯、点光源、cookie纹理，以及灯光投射实时阴影
            #pragma multi_compile_fwdadd_fullshadows
            //#pragma multi_compile_fwdadd

            #include "UnityCG.cginc"
            //引入相关文件，便于使用内置变量和预定义函数
            #include "Lighting.cginc"
            #include "AutoLight.cginc"

            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 normal : TEXCOORD0;//这里不能是NORMAL，会跟appdata_base冲突
                float4 vertex: TEXCOORD1;
                SHADOW_COORDS(2)//使用预定义宏保存阴影贴图坐标，2表示texcoord后的序号，前面两套已经被使用了
            };

            fixed4 _MainColor;

            v2f vert (appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.normal = v.normal;
                o.vertex = v.vertex;
                //TRANSFER_SHADOW
                //1:如果当前平台可以使用屏幕空间的阴影映射技术(SCREENSPACE_SHADOWS），则会调用内置的ComputeScreenPos函数计算屏幕空间的uv坐标，存储在_ShadowCoord，后续直接用屏幕uv坐标采样屏幕阴影贴图;
                //2:如果不支持则会使用传统的阴影映射技术，TRANSFER_SHADOW会把顶点坐标从模型空间转换到光源空间后存储到_ShadowCoord中，后续根据坐标信息对ShadowMap采样。
                TRANSFER_SHADOW(o)
                //我的理解是，如果使用屏幕空间的阴影映射技术，会计算物体在光照下阴影对应的屏幕空间的uv坐标
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                //法线向量
                float3 n = UnityObjectToWorldNormal(i.normal);
                //n = normalize(n);

                //灯光方向向量
                //fixed3 l = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);//意思是第一个平行光的方向
                float3 l = WorldSpaceLightDir(i.vertex);//会根据不同类型的灯光计算灯光方向，没有归一化
                l = normalize(l);
                float4 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,i.vertex);//获取世界空间顶点坐标

                //计算漫反射Lambert光照
                fixed ndotl = dot(n,l);
                fixed4 color = _LightColor0 * _MainColor *saturate(ndotl);

                //加上4个点光源的光照
                //Shade4PointLights: 从4个点光源计算漫反射照明，并以特殊方式打包数据。
                //unity_4LightPosX0,unity_4LightPosY0,unity_4LightPosZ0,4个坐标的向量数据
                color.rgb += Shade4PointLights(
                unity_4LightPosX0,unity_4LightPosY0,unity_4LightPosZ0,
                unity_LightColor[0].rgb,unity_LightColor[1].rgb,
                unity_LightColor[2].rgb,unity_LightColor[3].rgb,
                unity_4LightAtten0,worldPos.rgb,n) * _MainColor;

                //加上环境光照
                //color += unity_AmbientSky;//第十五步：前面Pass已经计算过了，这里不再重复

                //使用宏定义计算阴影系数
                //用于计算光照衰减系数。参数一为返回值（光照衰减系数），参数二用于阴影计算，参数三是世界坐标
                UNITY_LIGHT_ATTENUATION(shadowmask,i,worldPos.rgb)

                //阴影合成
                color.rgb *= shadowmask;
                return color;
            }
            ENDCG
        }

    }
    FallBack "Diffuse"//这里的Fallback并不是备胎，而是必要的保存投影的方式 https://blog.youkuaiyun.com/shenmifangke/article/details/50466798
}
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效果超棒的Webgl模型-人体头部模型
04-11
6. **光照模型**：光照是3D渲染中至关重要的因素，它影响物体表面的亮度和颜色。WebGL支持多种光照模型，如环境光、漫反射光和镜面高光，这些都可能在头部模型中有所体现。 7. **动画和交互性**：这个模型可能包含...
UnityShader 漫反射（兰伯特与半兰伯特光照模型-逐顶点和逐像素光照）
05-15
在Unity中，这两种光照模型可以分别在顶点着色器（Vertex Shader）和像素着色器（Fragment Shader）中实现。逐顶点光照意味着在每个顶点处计算光照，然后通过插值得到像素级别的颜色。这种方法计算效率高，但可能在...
shader篇-阴影
新博客地址http://www.cnblogs.com/millionsmultiplication/
01-16 3590
shader篇-阴影 标签（空格分隔）： shader shader篇-阴影 简介 投射阴影实现 接受阴影 Unity统一管理光照衰减和阴影 透明度物体的阴影 简介 阴影的实现需要2个过程： 一、接受阴影的物体，需要在shader中采样阴影映射纹理，并把采样后结果与光照结果相乘获得阴影效果。 二、一个物体如果想投射阴影，就需要将该物体加入光照映射纹理的计算中，以便
Shader之——角色实时阴影
baicaishisan的博客
01-16 2383
移动段的实时阴影，之前的实现方案是，让角色受光，让接受阴影的地表受光，达到一个实时阴影的效果。然后就发现美术的地表做得比较复杂 面数跟材质球数量都不少，一旦受光，dc跟面数都增加的比较明显，对效率影响比较高。 于是有了新的方案，地表上本来就会做一层行走网格，面数比较少，而且整个场景也就一到两个模型，干脆就用行走网格来接受阴影。让产生阴影的地方半透叠加到地表，没有阴影的地方全透...
Shader学习的基础知识（十一）阴影
盖子的博客
03-10 978
我们通常用一种名为Shadow Map的技术实现阴影效果。这种技术的原理就是把摄像机放到灯光的位置，看不到的位置则为阴影。在前向渲染中，阴影映射纹理来实现阴影效果的。 阴影映射纹理是记录了由灯光到表面位置的深度信息，所以本质上也是一张深度图，怎么得到这张深度图呢？ 方法一：在正常执行了Base Pass和Additional Pass后更新纹理，但这样性能消耗很大，不推荐。 方法二：用额外一个Pa...
Unity中Shader阴影的投射
楠溪泽岸的博客
10-21 1106
Unity中Shader阴影的投射。
Shader 阴影
younne0915的博客
10-23 621
Pass             {                 Tags{ "LightMode" = "ShadowCaster" }                 CGPROGRAM                 #pragma vertex vert                 #pragma fragment frag                 #pragma mul...
【Shader】shader接收和产生阴影的条件以及必需代码
Zok93
01-30 4063
【向其他物体投射阴影】虽然当前的Shader中不存在Tags是”LightMode”=”ShadowCaster”的pass，但是只要FallBack “Specular”中存在就可以实现向其他物体投射阴影，前提是光源开启了阴影 【接收其他物体的阴影】 1.引入#include “AutoLight.cginc”，因为关于阴影计算的宏都在这里 2.在v2f结构体中加入SH
【Unity Shader】阴影
weixin_43890220的博客
04-21 677
本节笔记摘选自《Unity Shader入门精要》 在实时渲染之中，我们最长使用的是Shadow Map技术。这种技术理解起来非常简单，它会首先把摄像机的位置放在与光源重合的位置上，那么场景中该光源的阴影区域就是那些摄像机看不到的地方。 Unity的处理方法： 在前向渲染路径中，如果场景中最重要的平行光开启了阴影，Unity就会为该光源计算它的阴影映射纹理。这张纹理本质上也是一张深度图。它记录了从光源的位置出发，能看到的场景中距离它的最近的表面位置（深度信息）。 处理位置： Unity中是使用一个专门的额外
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