第八章更复杂的光照（5）

让物体接收阴影
使用帧调试器查看阴影绘制过程

让物体接收阴影

为了让阴影出现在正方体上，我们对代码做一些修改。
（1）首先，我们在Base Pass中包含进一个新的内置文件

#include "AutoLight.cginc"

这是因为，我们下面计算阴影时所用的宏都是在这个文件中声明的。
（2）首先，我们在顶点着色器的输出结构体v2f中添加一个内置宏SHADOW_COORDS；

struct v2f{
float4 pos：SV_POSITION；
float3 worldNormal：TEXCOORD0；
float3 worldPos：TEXCOORD1；
SHADOW_COORDS（2）；
}；

这个宏的作用很简单，就是声明一个用于对阴影纹理采样的坐标。需要注意的是，这个宏的参数需要是下一个可用的插值寄存器的索引值，在上面的例子中就是2。
（3）然后，我们在顶点着色器返回之前添加另一个内置宏TRANSFER_SHADOW：
v2f vert（a2v v）{
v2f o；
...
//Pass shadow coordinates to pixel shader
TRANSFER_SHADOW（o）；
return o；
}；
这个宏用于在顶点着色器中计算上一步中声明的阴影纹理坐标。
（4）接着，我们在片元着色器中计算阴影值，这同样使用了一个内置宏SHADOW_ATTENUATION：

//Use shadow coordinates to sample shadow map
fixed shadow=SHADOW_ATTENUATION（i）；

SHADOW_COORDS、TRANSFER_SHADOW和SHADOW_ATTENUATION是计算阴影时的“三剑客”。我们可以在AutoLight.cginc中找到它们的声明：

// ----------
//Shadow helpers
//--------
//------Screen space shadows
#if defined（SHADOWS_SCREEN）
UNITY_DECLARE_SHADOWMAP（_ShadowMapTexture）；
#define SHADOW_COORDS（idx1） unityShadowCoord4 _ShadowCoord：TEXCOORD##idx1；
#if defined （UNITY_NO_SCREENSPACE_SHADOWS）
#define TRANSFER_SHADOW_SHADOW（a）a._ShadowCoord=mul（unity_World2Shadow[0],mul（_Object2World，v.vertex））;
inline fixed unitySampleShadow （unityShadowCoord4 shadowCoord）
{
...
}
#else//UNITY_NO_SCREENSPACE_SHADOWS
#define TRANSFER_SHADOW（a） a._ShadowCoord=ComputeScreenPos（a.pos）;
inline fixed unitySampleShadow（unityShadowCoord4 ShadowCoord）
{
fixed shadow=tex2DProj（_ShadowMapTexture，UNITY_PROJ_COORD（shadowCoord））.r;
return shadow；
}
#endif
#define SHADOW_ATTENUATION（a）unitySampleShadow（a._ShadowCoord）
#endif
//---Spot light shadows
#if defined （SHADOWS_DEPTH）&&defined（SPOT）
...
#endif
//---Point light shadows
#if defined（SHADOWS_CUBE）
...
#endif
//---Shadows off
#if !defined（SHADOWS_SCREEN）&&！defined（SHADOWS_DEPTH）&&！defined（SHADOWS_CUBE）
#define SHADOW_COORDS（idx1）
#define TRANSFER_SHADOW（a）
#define SHADOW_ATTENUATION（a）1.0
#endif

上面的代码看起来很多很复杂，实际上只是Unity为了处理不同的光源类型、不同平台而定义了多个版本的宏。在前向渲染中，宏SHADOW_COORDS实际上就是声明了一个名为_ShadowCoord的阴影纹理坐标变量。而TRANSFER_SHADOW的实现会根据平台不同而有所差异。如果当前平台可以使用屏幕空间的阴影映射技术（通过判断是否定义了UNITY_NO_SCREENSPACE_SHADOWS来得到），TRANSFER_SHADOW会调用内置的ComputePos函数来计算_ShadowCoord;如果该平台不支持屏幕空间的阴影映射技术，就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变换到光源空间后存储到_ShadowCoord中。然后SHADOW_ATTENUATION负责使用_ShadowCoord对相关纹理进行采样，得到阴影信息。
注意到，上面的内置代码的最后定义了在关闭阴影时的处理代码，可以看出，当关闭阴影后，SHADOW_COORDS和TRANSFER_SHADOW实际没有任何作用，而SHADOW_ATTENUATION会直接等于数值1。
需要读者注意的是，由于这些宏会使用上下文变量来进行相关计算，例如TRANSFER_SHADOW会使用v.vertex或a.pos来计算坐标，因此为了能够让这些宏正确工作，我们需要保证自定义的变量名和这些宏中使用的变量名相匹配。我们需要保证：a2f结构体中顶点坐标变量名必须是vertex，顶点着色器的输出结构体v2f必须命名为v，且v2f中的顶点位置变量必须命名为pos。
（5）在完成了上面的所有操作后，我们只需要把阴影值shadow和漫反射和漫反射以及高光颜色相乘即可。得到的结果如下图所示。
在这里插入图片描述
需要注意的是，在上面的代码里我们只更改了Base Pass中的代码，使其可以得到阴影效果，而没有对Additional Pass做任何更改。大体上，Additional Pass的阴影处理和Base Pass是一样的。我们将在后面看到如何处理这些阴影。本节实现的代码仅是为了解释如何让物体接收阴影，但不可以直接应用到项目中。我们会在后面给出包含了完整的光照处理的Unity Shader。

使用帧调试器查看阴影绘制过程

尽管我们在上面描述了阴影的产生过程，但如果有直观的方式看到阴影一步步的绘制过程那就太好了。幸运的是，Unity5添加了新的调试工具——帧调试器。我们曾在前面利用它查看过Pass的绘制过程，本节我们会通过它查看阴影的绘制过程。
首先，我们要在Window->Frame Debugger中打开帧调试器。下图给出了在帧调试器中的分析结果
在这里插入图片描述
在上图中可以看出，绘制该场景共需要花费20个渲染事件。这些渲染事件可以分为4个部分：UpdateDepthTexture，即更新摄像机的深度纹理；RenderShadowmap，即渲染的得到平行光的阴影映射纹理；CollectShadows，即根据深度纹理和阴影映射纹理得到屏幕空间的阴影图；最后绘制渲染结果。
我们首先来看第一个部分：更新摄像机的深度纹理，这是前4个渲染事件的工作。我们可以单击这些事件查看它们的绘制结果。下图给出了正方体对深度纹理的更新结果。
在这里插入图片描述
从调试器右侧的面板我们可以了解这一渲染事件的详细信息。从上图我们可以发现，Unity调用了Shader来更新深度纹理，即上一节中的第三个Pass。尽管上一节只定义了两个Pass，但正如我们之前所说，Unity会在它的Fallback中找到第三个Pass，即LightMode为ShadowCaster的Pass来更新摄像机的深度纹理。同样，在第二个部分，即渲染得到平行光的阴影映射纹理的过程中，Unity也是调用了这个Pass来得到光源的阴影映射纹理。
在第三个部分中，Unity会根据之前两部的结果得到屏幕空间的阴影图，如下图所示：
在这里插入图片描述
这张图已经包含了最终屏幕上所有阴影区域的阴影。在最后一个部分中，如果物体所使用的的Shader包含了对这张阴影图的采样就会得到阴影效果。下图给出了这个部分Unity是如何一步步绘制出有阴影的画面效果的。
在这里插入图片描述