在Unity中实现屏幕空间阴影（1）

接着上篇文章，我们实现了SSR效果。

其中的在屏幕空间进行光线追踪的方法是通用的。借此我们再实现一种屏幕空间的效果，即屏幕空间阴影。

文中的图片来自Catlike coding
http://catlikecoding.com/unity/tutorials/rendering/part-7/

完成的工程： https://github.com/yangrc1234/ScreenSpaceShadow

原生阴影

首先我们要了解一下原生的阴影是怎么实现的，这里我们只讨论Directional Light。

首先，我们将Directional Light视作一个相机，对整个场景进行绘制。我们只需要其中的深度信息。（如果你尝试过自己写一个可以产生阴影的Shader，应该知道这个绘制是通过调用ShadowCaster类型的pass来实现的）

通过这样渲染的一张ShadowMap，在我们渲染主相机的画面时，对每一个像素，我们获得它的世界坐标，然后将该世界坐标转换到Directional Light的坐标系下，采样对应的ShadowMap中的点。如果我们采样出来的深度，大于该坐标的深度，我们认为该点没有被阻挡。否则认为该点处于阴影中。

这就是ShadowMap方法的简单描述。在Unity的Directional Light流程中，采用的是Cascade ShadowMap，此时会有若干个不同分辨率的ShadowMap被生成，分别对应与相机距离不同的区域，这样可以做到相机较近的区域，分辨率较高，阴影质量更好；较远的区域分辨率较低，质量一般（但是远了你也看不出来）。

Cascade ShadowMap示例

不同于其他类型的光源，在主相机渲染时，我们求一个点的光照度，并不是直接去转换坐标系然后采样ShadowMap。在Directional Light流程中，在主相机渲染之前，Unity会将Cascade ShadowMap转化为一张屏幕空间的阴影贴图（Screen Space Mask，当然该过程也需要转换坐标系去比较深度等等）。然后在主相机渲染时直接取采样这张屏幕空间阴影贴图获得光照度。

屏幕空间的阴影贴图示例

我们待会儿会通过操作这张屏幕空间阴影来实现我们的效果。

这种阴影实现毫无疑问是目前的主流方法。但是它也有不少问题，比如Shadow Acne现象。我们之前说到，判断一个点是否在阴影中，是通过深度比较进行的。但是我们要判断一个像素是否在阴影中时，因为深度贴图的精度问题，可能会出现被周围的差异极小的像素遮挡的情况。

屏幕空间阴影

屏幕空间阴影基于屏幕空间光线追踪实现阴影效果。

最大的好处就是让不参与ShadowMap绘制的物体也可以投出阴影。

而且作为一个屏幕效果，其效率与场景复杂度无关。

在绘制大量的小型物体时，这一优势是很明显的。

下图是一个效果关闭开启的对比。图中的草是Unity的Terrain系统绘制的，默认不开启阴影。可以看到开启屏幕空间阴影后画面提升明显。