关于SHADOWS_SCREEN

作者: 恶毒的狗 | 来源:发表于2019-12-19 16:52 被阅读0次

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关于SHADOWS_SCREEN

在读Unity内置shader源码的过程中，我们经常看到这样的代码：

#if SHADOWS_SCREEN       
    // xxx
#else
    // xxx
#endif

那么，上面代码中的 SHADOWS_SCREEN 代表的是什么呢？

通过仔细阅读代码发现，SHADOWS_SCREEN 代表的是 屏幕空间阴影。

以 URP 管线 主灯的实时阴影 为例，我们看一下相关代码：

主灯影衰减的入口

Light GetMainLight(float4 shadowCoord)
{
    Light light = GetMainLight();
    light.shadowAttenuation = MainLightRealtimeShadow(shadowCoord);
    return light;
}

主灯实时阴影的主要函数

half MainLightRealtimeShadow(float4 shadowCoord)
{
#if !defined(_MAIN_LIGHT_SHADOWS) || defined(_RECEIVE_SHADOWS_OFF)
    return 1.0h;
#endif

#if SHADOWS_SCREEN
    return SampleScreenSpaceShadowmap(shadowCoord);
#else
    ShadowSamplingData shadowSamplingData = GetMainLightShadowSamplingData();
    half4 shadowParams = GetMainLightShadowParams();
    return SampleShadowmap(TEXTURE2D_ARGS(_MainLightShadowmapTexture, sampler_MainLightShadowmapTexture), shadowCoord, shadowSamplingData, shadowParams, false);
#endif
}

这里我们看到，如果定义了 SHADOWS_SCREEN，那么会走 屏幕空间阴影 的采样流程，否则，走 ShadowMap 的采样流程。

SHADOWS_SCREEN的定义

那么 SHADOWS_SCREEN 在什么情况下会被定义呢？我们继续看代码：

#ifndef SHADOWS_SCREEN
    #if defined(_MAIN_LIGHT_SHADOWS) && defined(_MAIN_LIGHT_SHADOWS_CASCADE) && !defined(SHADER_API_GLES)
        #define SHADOWS_SCREEN 1
    #else
        #define SHADOWS_SCREEN 0
    #endif
#endif

这里是否采用 屏幕空间阴影，主要取决于是否开启了 阴影级联。

对于大部分使用 SHADER_API_GLES 的 Android 设备来说，也会关闭 屏幕空间阴影。

开启屏幕空间阴影的渲染流程

Unity针对 GLES 设备关闭 屏幕空间阴影，说明它的渲染开销较高。

屏幕空间阴影 多用于 延迟渲染，不过 URP 还是一个 前向渲染 的流程，那么我们就来看一下开启 屏幕空间阴影 后 URP 的渲染流程。

以Unity自带的 SampleScene 为例，并且只考虑 一盏主灯 的情况，如下图：

screenshot1.png

这里开了 2级阴影级联，ShadowMap 的分辨率是 1024，Shadow Distance 是 64。

第一步，绘制ShadowMap

因为开了 2级级联，实际创建的 ShadowMap 的分辨率是 1024 x 512，左边的 512 x 512 绘制 0级阴影，右边的 512 x 512 绘制 1级阴影，如下：

screenshot2.png

要写入 ShadowMap，shader必须有 ShadowCaster 这个Pass。

第二步，绘制CameraDepthTexture

要生成 屏幕空间阴影 贴图，我们需要通过 屏幕坐标 和 当前像素的深度 还原出屏幕上一个点的 世界坐标。

而要获取 当前像素的深度，我们就必须依靠深度贴图 CameraDepthTexture，如下：

screenshot3.png

要写入 CameraDepthTexture，shader必须有 DepthOnly 这个Pass。

对于 移动设备 来说，如果场景比较复杂，drawcall 会大幅增加，这一步会比较昂贵。

第三步，生成屏幕空间阴影贴图

有了 ShadowMap 和 CameraDepthTexture，就可以生成名为 _ScreenSpaceShadowmapTexture 的 屏幕空间阴影贴图 了：

screenshot4.png

生成的代码见 Shaders/Utils/ScreenSpaceShadows.shader：

half4 Fragment(Varyings input) : SV_Target
{
    UNITY_SETUP_STEREO_EYE_INDEX_POST_VERTEX(input);

    float deviceDepth = SAMPLE_TEXTURE2D_X(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, input.uv.xy).r;

    #if UNITY_REVERSED_Z
            deviceDepth = 1 - deviceDepth;
    #endif
    deviceDepth = 2 * deviceDepth - 1; //NOTE: Currently must massage depth before computing CS position.

    float3 vpos = ComputeViewSpacePosition(input.uv.zw, deviceDepth, unity_CameraInvProjection);
    float3 wpos = mul(unity_CameraToWorld, float4(vpos, 1)).xyz;

    //Fetch shadow coordinates for cascade.
    float4 coords = TransformWorldToShadowCoord(wpos);

    // Screenspace shadowmap is only used for directional lights which use orthogonal projection.
    ShadowSamplingData shadowSamplingData = GetMainLightShadowSamplingData();
    half4 shadowParams = GetMainLightShadowParams();
    return SampleShadowmap(TEXTURE2D_ARGS(_MainLightShadowmapTexture, sampler_MainLightShadowmapTexture), coords, shadowSamplingData, shadowParams, false);
}