Unity Shader如何结合Projector和RenderTexture来实现实时阴影

在Unity中，实时阴影是提升游戏视觉效果的重要手段之一。Unity提供了多种实现阴影的方式，其中结合Projector和RenderTexture的技术是一种灵活且高效的方案。本文将详细介绍如何使用Unity Shader结合Projector和RenderTexture来实现实时阴影。

1. 概述

1.1 实时阴影的重要性

实时阴影能够显著提升场景的真实感和沉浸感。通过动态生成阴影，玩家可以感受到物体之间的空间关系和光照变化，从而增强游戏的视觉体验。

1.2 Projector和RenderTexture的作用

• Projector：Projector是Unity中的一个组件，用于将纹理或阴影投射到场景中的物体上。它可以模拟光照效果，如阴影、光斑等。
• RenderTexture：RenderTexture是一种特殊的纹理，可以实时渲染场景中的内容。通过将场景渲染到RenderTexture上，我们可以将其作为投影的源纹理。

1.3 结合Shader实现实时阴影

通过结合Shader、Projector和RenderTexture，我们可以实现一种高效的实时阴影方案。具体来说，我们可以使用RenderTexture来存储阴影信息，然后通过Projector将阴影投射到场景中的物体上。

2. 实现步骤

2.1 创建RenderTexture

首先，我们需要创建一个RenderTexture来存储阴影信息。

1. 在Unity编辑器中，右键点击Project窗口，选择Create > Render Texture。
2. 将创建的RenderTexture命名为ShadowTexture。
3. 在Inspector窗口中，设置RenderTexture的分辨率（如512x512），并确保格式为Default。

2.2 创建投影相机

接下来，我们需要创建一个专门用于渲染阴影的相机。

1. 在场景中创建一个新的相机，命名为ShadowCamera。
2. 将ShadowCamera的位置和旋转设置为与主光源一致。
3. 在ShadowCamera的Inspector窗口中，将Target Texture设置为之前创建的ShadowTexture。
4. 调整ShadowCamera的Culling Mask，使其只渲染需要投射阴影的物体。

2.3 创建Projector

然后，我们需要创建一个Projector来将阴影投射到场景中的物体上。

1. 在场景中创建一个空的GameObject，命名为ShadowProjector。
2. 为ShadowProjector添加Projector组件。
3. 在Projector组件的Inspector窗口中，将Material设置为一个新的材质。
4. 将ShadowTexture赋值给材质的_ShadowTex属性。

2.4 编写Shader

接下来，我们需要编写一个Shader来处理阴影的投射。

1. 在Project窗口中，右键点击并选择Create > Shader > Unlit Shader，命名为ShadowShader。
2. 打开ShadowShader，编写如下代码：

Shader "Custom/ShadowShader"
{
    Properties
    {
        _ShadowTex ("Shadow Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Transparent" }
        Pass
        {
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
            ZWrite Off
            Cull Off

            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _ShadowTex;
            float4x4 _ProjectorMatrix;

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = mul(_ProjectorMatrix, v.vertex).xy;
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 shadow = tex2D(_ShadowTex, i.uv);
                return shadow;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

2.5 设置Projector的材质

将编写好的Shader应用到Projector的材质上。

1. 在ShadowProjector的Inspector窗口中，将Material的Shader设置为Custom/ShadowShader。
2. 将ShadowTexture赋值给材质的_ShadowTex属性。

2.6 调整Projector参数

最后，我们需要调整Projector的参数以确保阴影正确投射。

1. 在ShadowProjector的Inspector窗口中，调整Near Clip Plane和Far Clip Plane，使其覆盖需要投射阴影的区域。
2. 调整Field of View或Orthographic Size，以控制阴影的投射范围。
3. 确保ShadowProjector的位置和旋转与ShadowCamera一致。

3. 优化与扩展

3.1 阴影模糊

为了提升阴影的视觉效果，我们可以对阴影进行模糊处理。可以通过在Shader中添加模糊算法，或者使用后处理效果来实现。

3.2 动态阴影更新

如果场景中的物体或光源发生移动，我们需要动态更新阴影。可以通过脚本控制ShadowCamera和ShadowProjector的位置和旋转，确保阴影实时更新。

3.3 多光源阴影

对于多光源场景，我们可以为每个光源创建独立的ShadowCamera和ShadowProjector，并将它们的阴影信息合并到同一个RenderTexture中。

4. 总结

通过结合Projector和RenderTexture，我们可以实现一种高效的实时阴影方案。这种方法不仅灵活，而且可以根据需要进行优化和扩展。希望本文能够帮助你理解并实现Unity中的实时阴影效果，提升你的游戏视觉体验。

参考资料： - Unity官方文档 - Projector - Unity官方文档 - RenderTexture - Unity Shader编程指南