Unity-Shader-动态阴影(上) 投影的矩阵变换过程

【旧博客转移 - 2017年1月20日 01:20 】

前面的话

最近很长时间没写博文了，一是太忙 ( lan ) 了，二是这段时间又领悟了一些东西，脑子里很混乱，不知道从何写起。但感觉不能再拖延下去了，来不及解释了，快上车（一脸滑稽）

目前我在做一款3D二次元动作游戏，后面可能会用到动态阴影，有的人可能会直接找一个插件分分钟就把阴影做出来了，这样做当然可以，但自己不去熟悉一下底层原理只是使用工具的话，很难知道性能瓶颈在哪，如果要做一些改动，只能跟策划说：改不了咯

先看效果

这个菊花是投影到地上的，这样的平地可能感觉不出来什么是投影

但是像这样遇到凹凸地形的时候就会明显了，菊花不会直接插入平地，而是贴在球体的表面，就像一个投影机把幻灯片照上去的感觉

实现原理

如上图所示，左边的图是一个顶点渲染到我们的屏幕上要经过这么多的矩阵变换，这里来复习下MVP变化

顶点从模型坐标空间转换到世界坐标空间 X ModelMaterix

然后从世界坐标空间转换到视点空间 X CameraViewMaterix

再从视点空间转换到裁剪空间 X CameraProjectionMatrix

经过其次空间变化后就到了NDC空间，最后到了屏幕空间

经过这些步骤，一个顶点就确定了在屏幕上的位置

右边是将视点当作投影机，根据模型空间的坐标求出投影纹理的坐标的流程，两边前面的步骤都差不多，但是计算投影纹理坐标需要将投影顶点坐标归一化到【0 ，1 】空间中，实现这一步，可以在需要左乘矩阵normalMatrix , 也可以在着色程序中对顶点投影坐标的每个分量先乘以1/2 然后再加上1/2

总结出投影坐标的矩阵公式为：

textViewProjMatrix = NormalMatrix x ProjectionMatrix x ViewMatrix x WorldMatrix

而Unity的Shader中已经为我们算好了这个矩阵，叫做unity_Projector

我们只需要在vext函数中把顶点左乘这个矩阵就得到了齐次投影纹理坐标

o.proj = mul(_Projector, v.vertex);

使用的时候还需要除以最后一个分量w

o.proj.xy = o.proj.xy / o.proj.xy.w;

当然也可以使用CG里的函数tex2DProj进行纹理采样也是一样的

tex2DProj 函数与 tex2D 函数的区别就在于：前者会对齐次纹理坐标除以最后一个分量 q ，然后再进行纹理检索

总结

现在我们知道了投影纹理是如何计算出来的，矩阵的变化过程是怎样的。但是这个Shader是运行在谁身上呢？是在地形上，还是在球上？这个问题我现在也不知道..但是后面我会继续去研究把这个搞懂，然后写一个动态阴影出来