渲染12——半透明物体阴影

本文详细介绍了在Unity中如何处理半透明物体的阴影问题,包括剔除阴影、使用抖动以及近似半透明阴影的方法。通过重构阴影代码,使半透明材质的阴影表现更加真实。

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支持剔除阴影
使用抖动
近似半透明阴影
在半透明和剔除阴影之间切换
本节是渲染课程的第12节。在前一小节中,学习如何绘制半透明物体,但是对于半透明物体的阴影没有涉及,本节将讲解此知识点。
本节使用的unity版本为:unity5.5.0f3
这里写图片描述

1 剔除阴影
目前,半透明材质的阴影和不透明物体的阴影一样。这种效果不是我们想要的。

1.1 重构阴影
为了把透明度考虑进去,我们必须在shadow caster通道中访问alpha值。所以我们要采样漫反射贴图。但是,但是对于不透明物体这个采样又不需要。

我目前有两个版本的阴影,一个是立方体阴影,它是对点光源而使用的。另外一个是针对其他光源使用的。为了阅读方便,我们要重构MyShadow这个文件。我们的差值结构体是所有的变体都要使用的,所以要单独提取出来。

struct VertexData
{
    float4 position:POSITION;
    float3 normal:NORMAL;
};

struct Interpolators
{
    float4 position:SV_POSITION;
    #if defined(SHADOWS_CUBE)
        float3 lightVec:TEXCOORD0;
    #endif
};

接下来,我们就要重新写一下vertex program函数,它区分了是否是点光源的阴影,如下:

Interpolators MyShadowVertexProgram(VertexData v)
{
    Interpolators i;
    #if defined(SHADOWS_CUBE)
        i.position = UnityObjectToClipPos(v.position);
        i.lightVec = mul(unity_ObjectToWorld, v.position).xyz - _LightPositionRange.xyz;
    #else
        i.position = UnityClipSpaceShadowCasterPos(v.position.xyz, v.normal);
        i.position = UnityApplyLinearShadowBias(i.position);
    #endif
    return i;
}

同样的,在片段着色器中,也要这样书写:

float4 MyShadowFragmentProgram(Interpolators i):SV_TARGET
{
    #if defined(SHADOWS_CUBE)
        float depth = length(i.lightVec) + unity_LightShadowBias.x;
        depth *= _LightPositionRange.w;
        return UnityEncodeCubeShadowDepth(depth);
    #else
        return 0;
    #endif 
}
### 关于Shader实现半透明阴影Unity中,为了实现在场景中的半透明物体能够正确投射和接收阴影的效果,通常需要自定义Shader来处理这一复杂情况。具体来说,在渲染过程中涉及到几个重要阶段: #### 更新深度纹理与渲染阴影贴图 对于任何类型的阴影生成而言,第一步总是创建一个代表场景几何体距离摄像机远近信息的深度缓冲区。这一步骤被称为`UpdateDepthTexture`[^1]。 接着是构建光源视角下的阴影映射纹理(`RenderShadowmap`),它记录了从该光源方向观察时哪些区域被阻挡而处于阴影之中。 #### 收集并应用阴影信息 当上述准备工作完成后,则进入收集阴影数据环节(`CollectShadows`)。此时不仅考虑不明对象的影响,还需要特别对待那些具有不同程度光性的实体——即所谓的“半透明”材质。这类材料无法简单地按照常规方式参与标准光照模型计算,因此必须采用额外的技术手段加以解决。 针对半透明物体,一种常见做法是在单独通道内先将其明度信息渲染至目标纹理(render target),形成所谓“屏幕空间半透明mask”。此操作允许后续着色器逻辑基于这些预先准备好的alpha值执行更加精细的操作[^2]。 #### 自定义Shader实现细节 考虑到Unity本身并不直接支持半透明物体产生的软阴影效果,所以往往依赖开发者自行编写适合特定应用场景需求的解决方案。下面给出一段简化版代码片段作为概念验证用途: ```csharp // Cg/HLSL shader snippet for handling translucent shadows sampler2D _MainTex; float4 _Color; struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; float3 worldPos : TEXCOORD0; // Position in world space used to sample shadow map }; v2f vert(appdata_base v) { v2f o; o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz; return o; } fixed4 frag(v2f i) : COLOR { fixed atten = tex2D(_LightTexture0, i.worldPos.xy / _LightMatrix0._m11); // Simplified shadow lookup half alpha = tex2D(_MainTex, i.uv).a * _Color.a; // Apply custom logic here based on the object's transparency and its interaction with light/shadow if (atten < 0.5 && alpha > 0) { // If in shadow AND partially transparent... // Modify color or apply additional effects as needed. // For example, darken the semi-transparent areas more than opaque ones when they're in shadow. // This is just a placeholder operation demonstrating how you might adjust appearance. return lerp(fixed4(i.color.rgb * 0.7, alpha), i.color, step(alpha, 0)); } return i.color; } ``` 这段伪代码展示了如何在一个顶点/像素着色程序内部区分不同级别的明度,并据此施加不同的光影响应模式。实际项目里可能还会涉及更多复杂的数学运算以及资源管理策略以达到理想视觉表现。
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