翻译12 Unity 半透明阴影

时间 2020-06-24

标签翻译 unity 半透明阴影繁體版

原文原文链接

支持镂空阴影
噪声
粗略的半透明阴影
镂空阴影和半透明阴影之间切换算法

使用Unity 5.6.6f1函数

1 镂空阴影

翻译11介绍了镂空渲染，可能也注意到了，物体的投射的阴影是物体自己的形状，跟镂空形状彻底不一致。这是由于咱们以前的Shader投射阴影只是简单的采样了光的方向和到达物体表面的距离，没有区分表面形状。spa

图1.1 不符合现实的半透明阴影翻译

1.1 重写阴影

为了将透明度考虑在内，须要在阴影投射pass通道访问alpha值。这意味着咱们要采样albedo纹理。然而，当仅用opaque渲染模式时就不须要采样，为此须要适配Shader变体。code

如今的Shader已经集成了两个变体阴影，一是针对PointLight立方体阴影，二是针对其余类型灯光。如今增长第三个变体。改造一下以前的Shadow.cginc-略blog

1.2 裁剪阴影片断

就像渲染镂空效果时，阴影的镂空也根据alpha值来决定是否丢弃片断。所以算法上大体类似，必要变量也类似。拷贝tint、albedo、renderingsettings。ip

#include "UnityCG.cginc"

float4 _Tint;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST, _AlphaCutOff;

当使用Cutout渲染模式就须要采样albedo纹理，可是只有当不使用albedo纹理alpha值做为平滑度时才能这样作(以前是把albedo`s alpha做为了平滑值，避免冲突)。若是知足上述条件，就可把uv坐标传递给片元程序。get

写一个宏_SHADOW_NEED_UV it

#if defined(_RENDERING_CUTOUT) && !defined(_SMOOTHNESS_ALBEDO)
    #define _SHADOW_NEED_UV 1
#endif

struct Interplotars {
    float4 position : SV_POSITION;
#if defined(_SHADOW_NEED_UV)
    float2 uv      : TEXCOORD0;
#endif
#if defined(SHADOWS_CUBE)
    float3 lightVec : TEXCOORD1;
#endif
};

实现宏_SHADOW_NEED_UV ，须要传递uv坐标时就采样io

#if defined(_SHADOW_NEED_UV)
        i.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
#endif

拷贝GetAlpha函数，把厉害的宏替换为_SHADOW_NEED_UV

//采样alpha
float GetAlpha(Interpolators i) {
    float alpha = _Tint.a;
#if defined(_SHADOW_NEED_UV)
    alpha *= tex2D(_MainTex, i.uv.xy).a;
#endif
    return alpha;
}

如今能够在fragment程序中获取alpha值，而后在Cutout渲染模式下使用clip裁切。

    float alpha = GetAlpha(i);
#if defined(_RENDERING_CUTOUT)
    clip(alpha - _AlphaCutOff);
#endif

图1.2 镂空阴影

2 局部阴影

为了同时支持Fade和Transparent渲染模式的阴影，必须将其关键字添加到shadowCaster通道的着色器钟并定义ShaderFeature。

#pragma shader_feature _ _RENDERING_CUTOUT _RENDERING_FADE _RENDERING_TRANSPARENT

在Fade和Transparent模式下阴影也应该是半透明的，定义宏SHADOWS_SEMITRANSPARENT

#if defined(_RENDERING_FADE) || defined(_RENDERING_TRANSPARENT)
    #define SHADOWS_SEMITRANSPARENT 1
#endif

再次调整Shadeow_need_uv

#if SHADOWS_SEMITRANSPARENT || defined(_RENDERING_CUTOUT)
    #if !defined(_SMOOTHNESS_ALBEDO)
        #define SHADOWS_NEED_UV 1
    #endif
#endif

这个时候因为是使用了Clip，还不能正确投射半透明阴影。继续！

2.1 抖动阴影

        阴影贴图包含了光线到表面的距离。光线阻挡结果信息存在阴影贴图，存储的结果是：0或1。所以是没有办法指定光被半透明表面部分阻挡。
        目前能作到的就是将阴影表面的一部分剪掉(镂空)。这就是为镂空阴影所作的。可是，除了基于阈值进行裁剪外，咱们还能够裁剪片断。例如，若是一个表面让一半的光经过，并经过使用特定抖动纹理裁剪全部其余片断。就能够把生成的阴影显示为完整阴影的一半。
依靠纹理的alpha值，咱们可使用带有更多或更少孔的图案，就不会出现重复的模式。并且，若是咱们混合使用这些模式，则能够对阴影的密度进行平滑过渡。基本上，咱们仅使用两种状态来近似渐变。这种技术被称为抖动。
        Unity包含一个抖动模式图集，咱们可使用。它包含16种4×4像素的不一样图案。它从一个彻底空的模式开始。每一个连续的模式填充一个额外的像素，直到有七个像素被填充。而后模式被反转和反转，直到全部像素都被填充。

2.2 VPOS

要对咱们的阴影应用抖动模式，咱们必须对其进行采样。 不能使用网格的UV坐标，由于它们在阴影空间中不一致。相反，咱们须要使用片断的屏幕空间坐标。阴影是从光的视角角度渲染贴图的，这会使图案与阴影贴图对齐。

片断的屏幕空间坐标能够在片元程序中访问，方法是添加一个带有VPOS语义的参数。这些坐标不是由顶点程序显式输出的，但GPU能够程序用使用它们。

然而不幸的是，VPOS和SV_POSITION语义，在一些平台上，它们最终可能会映射到相同的语义位置。因此咱们不能同时在咱们的结构体中使用它们。幸运的是，咱们只须要在顶点程序中使用SV_POSITION，而VPOS只须要在fragment程序中使用。因此分别为Vertex和Fragment程序定义一个单独的结构体。

2.3 抖动处理

要访问Unity的抖动模式纹理，须要增长变量_DitherMaskLOD，不一样模式存储在3D纹理的不一样layer中，必须使用sampler3D声明。

sampler3D _DitherMaskLOD;

若是须要半透明阴影，就在片元程序采样该纹理。经过tex3D采样，参数是_DitherMaskLOD和一个3D坐标。因为该纹理有16种模式，模式选择由Z坐标决定，Z的范围是0-1。以0.0625增量步进。

#if SHADOWS_SEMITRANSPERANT
    tex3D(_DitherMaskLOD, float3(i.vpos.xy, 0.0625));
#endif

采样该纹理的目的是取得改纹理的alpha通道，再使用它减去一个较小值，而后用clip裁剪掉

#if SHADOWS_SEMITRANSPERANT
    float dither = tex3D(_DitherMaskLOD, float3(i.vpos.xy, 0.0625)).a;

    clip(dither – 0.01);
#endif

要真正看到该模式纹理显示，须要调整显示密度大小，这能够经过将纹理的坐标位置乘以0.01来实现的。聚光灯的阴影下观察它。Z值从0-1，纹理将从不渲染到彻底渲染。

tex3D(_DitherMaskLOD, float3(i.vpos.xy * 0.1, 0.0625))

图2.1 Dither抖动纹理 0.0625 vs. 0.9375

2.4 近似半透明

根据tex3D采样函数，可知Z坐标值决定是否要渲染片元。那么只需将该片元的alpha值与最高LOD层级(15/16=0.9375)相乘，得出该片元alpha所在的LOD层级。

tex3D(_DitherMaskLOD, float3(i.vpos.xy * 0.1, alpha * 0.9375))

图2.2 近似模拟半透

抖动纹理密度大小能够缩放VPOS指定的纹理坐标实现，Unity使用了0.25值来缩放。

tex3D(_DitherMaskLOD, float3(i.vpos.xy * 0.25, alpha * 0.9375))

图2.3 缩放后

缩放后效果还行但不完美，这取决于抖动纹理的分辨率。越高的分辨率填充的越密集，效果越好。同时，抖动纹理在Hard和Soft阴影模式下的效果也不相同

图2.4 soft vs. hard

这个阴影模式在物体移动时有一个视觉错误，整个阴影都在动。密集恐惧。

图2.5 抖动

3 组合剪影与淡出效果

可能Dither模式太难堪了，咱们可能既想要投射阴影，也要半透明的效果。这就能够组合Cutout与Fade渲染。在阴影pass中增长一个新的关键字：

_SEMITRANSPARENT_SHADOWS。若没有启用淡出半透阴影，回退到裁剪阴影。

#pragma shader_feature _ _SEMITRANSPARENT_SHADOWS

#if defined(_RENDERING_FADE) || defined(_RENDERING_TRANSPARENT)
    //#define SHADOWS_SEMITRANSPARENT 1
    #if _SEMITRANSPARENT_SHADOWS
        #define SHADOWS_SEMITRANSPARENT 1
    #elif         #define _RENDERING_CUTOUT

    #endif
#endif

上面这段代码加入后，会自动切换为裁剪阴影。

3.1 启用自定义关键字

3.2 合并显示

        void DoSimetransparentShadow(RenderMode mode)
        {
            if (mode == RenderMode.Fade || mode == RenderMode.Transparent)
            {
                EditorGUI.BeginChangeCheck();
                bool enable = EditorGUILayout.Toggle
                (
                    new GUIContent("Semitransparent Shadow"),
                    IsKeyEnable("_SEMITRANSPARENT_SHADOWS")
                );
                if(!enable) isShowCutoffAlpha = true;
                if (EditorGUI.EndChangeCheck())
                {
                    SetKeyword("_SEMITRANSPARENT_SHADOWS", enable);
                }
            }
        }