在Unity3D中使用Projector實現動態陰影
無意中看見一篇博客敘述使用Projector實現動態陰影可以在移動平台擁有非常好的性能，遂按照其想法實現了一遍，發現其中竟有許多細節，寫下這篇博客記錄以供將來參考。
Projector
從上圖中我們發現Projector中的參數參數Camera的參數非常的相似，那Projector是做什么的呢？
官方解釋：A Projector allows you to project a Material onto all objects that intersect its frstum.也就是Projector是把一個材質投影到與Projector視錐體相交的物體上，這個描述比較抽象，我們可以用以前的膠片電影來類比一下：Projector就是膠片放映機，被投影的材質就是膠片，Projector投影就像膠片放映機把膠片內容投影到電影幕布一樣。
按照這個理解，我們發現這個與平時在OpenGL中提到的攝像機投影有點不一樣，OpenGL的投影矩陣干的事是把三維物體投影到攝像機的近平面，也就是三維到二維的一個改變，但Projector投影確是相反，把一個紋理投影到三維物體的表面。
原理
按照上述Projector的理解，我們可以設想一個產生陰影的方法：先把要產生陰影的物體繪制到紋理中，然后把這個紋理投影到要接收陰影的物體表面上（注意與產生陰影的物體區分開），這樣就有了陰影，而這就是Projector產生陰影的原理。
實現細節
首先是要生成要被投影的陰影，因為這個陰影要與物體完美銜接，所以我們需要用Projector的參數來生成這個紋理，在Unity3D中我們的做法是：
1.創建一個新Camera，Camera的參數與Projector的一致；
2.設置Camera的Culling Mask為要產生陰影的物體所在的LayerMask，Projector的ignore Layers同樣設置為這個LayerMask，同時把要產生陰影的物體的Layer設置為這個LayerMask；
3.設置Camera渲染使用的shader，即camera.setReplaceShader;
4.創建RenderTexture，使用的分辨率視自己需求而定，分辨率越高，陰影越精細；
5.設置新建的Camera的TargetTexture為新建的RenderTexture；
6.新建Projector所需材質，可以使用standard assets中的“ProjectorMultipy”shader創建，設置材質的_ShadowTex為新建的RenderTexture；
7.運行即可看到效果。
需要注意的是：
1.傳遞給Projector材質的RenderTexture必須是clamp模式，但是如果陰影到了RenderTexture邊緣的像素，因為是Clamp的原因，地板就會出現整個長條形的陰影，解決方案可以通過給projector材質添加mask圖來處理邊緣的像素；
2.RenderTexture其實我們只需要表示產生陰影物體的位置，所以Camera使用的ReplaceShader可以使用最簡單的shader，只寫入一個通道值就可以了；
效果
ProjectorMultiply.Shader
被投影的材質需要特殊的shader，其實主要是要計算陰影的uv坐標。因為我們使用的是新建的一個紋理，這個紋理如何應用到物體的表面，需要使用Projector定義的一個投影矩陣，也就是通過這個矩陣來計算投影后的uv坐標。比較人性化的是Unity3D已經幫我們計算好了，直接在shader中聲明float4x4 unity_Projector就可以使用了。shader中還用到了falloff的一個texture，通常是一張左白右黑的貼圖，用於控制陰影的強弱。Falloff左邊為白色，alpha值為1，對應投影距離最近時最亮，右邊接近全黑，alpha值為0，表示投影距離變遠時投影會漸漸接近透明甚至看不見。具體代碼如下：
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'
// Upgrade NOTE: replaced '_Projector' with 'unity_Projector'
// Upgrade NOTE: replaced '_ProjectorClip' with 'unity_ProjectorClip'
Shader "Projector/Multiply" {
Properties {
_ShadowTex ("Cookie", 2D) = "black"{}
_FalloffTex ("FallOff", 2D) = "white" {}
}
Subshader {
Tags {"Queue"="Transparent"}
Pass {
ZWrite Off
ColorMask RGB
Blend DstColor Zero
Offset -1, -1
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_fog
#include "UnityCG.cginc"
struct v2f {
float4 uvShadow : TEXCOORD0;
UNITY_FOG_COORDS(1)
float4 pos : SV_POSITION;
};
float4x4 unity_Projector;
v2f vert (float4 vertex : POSITION)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos (vertex);
o.uvShadow = mul (unity_Projector, vertex);
UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.pos);
return o;
}
sampler2D _ShadowTex;
sampler2D _FalloffTex;
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
fixed4 texS = tex2Dproj (_ShadowTex, UNITY_PROJ_COORD(i.uvShadow));
fixed4 texF = tex2Dproj (_FalloffTex, UNITY_PROJ_COORD(i.uvShadow));
fixed ratio = texF.r * texS.a;
fixed4 res = fixed4(1,1,1,1) * (1 - ratio);
UNITY_APPLY_FOG_COLOR(i.fogCoord, res, fixed4(1,1,1,1));
return res;
}
ENDCG
}
}
}
優缺點
優點：
1.可控性強。可以看出我們可以控制在哪個區域、哪些物體、什么時間產生或更新陰影，也可以對陰影的質量進行控制（使用不同分辨率的RenderTexture）；
2.可以很方便的是實現模糊和軟陰影（這個還沒實踐，不過因為我們可以取得陰影的rendertexture，所以完全可以實現）；
缺點：
1.很明顯，產生陰影的物體不能接收陰影；
2.Unity3D 的Betch無法使用(因為要分層)；
工程源代碼：https://github.com/xin-lover/ProjectorShadow
Unity3D AssetStore中有一個使用這種方法生成陰影的插件，做的比較完善，可以參考使用：Dynamic Shadow Projector.
參考博客：