【URP】Unity光照阴影Light shadow

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

URP 光照阴影 使用 阴影贴图 (Shadow Maps) 和 阴影级联 (Shadow Cascades)。屏幕空间阴影渲染器功能 (Screen Space Shadows Renderer Feature)，使 URP 通过单一渲染纹理计算并绘制主方向光的阴影，而不是使用多个阴影级联贴图。
URP阴影系统核心机制‌

• ‌阴影贴图Shadow Maps‌
  
  
  
  • 通过光源视角的深度渲染生成_MainLightShadowmapTexture
    
  • 使用ShadowCaster Pass（需声明LightMode标签）生成深度数据
    
  • 通过_ShadowBias参数解决自阴影问题（含深度/法线偏移）
    
  
  
• ‌阴影级联Cascaded Shadow Maps‌
  
  
  
  • 将视锥体分割为近/中/远多级区域（默认4级）
    
  • 不同级联使用_MainLightShadowmapTexture的不同区域
    
  • 通过MainLightShadowCasterPass.cs动态计算级联边界
    
  
  
• ‌屏幕空间阴影Screen Space Shadows‌
  
  
  
  • 基于_CameraDepthTexture和阴影贴图实时混合计算
    
  • 相比级联方案减少纹理采样但增加GPU计算负担
    
  • 适合移动端等需要减少带宽的场景
    
  
  

关键实现原理‌

• ‌阴影生成流程‌
  
  
  
  • 深度图渲染阶段：执行ShadowCaster Pass生成光源空间深度
    
  • 阴影比较阶段：通过_MainLightWorldToShadow矩阵转换坐标
    
  • 最终混合阶段：根据阴影强度(Shadow Strength)混合光照结果
    
  Shader示例展示阴影比较逻辑：
  1. hlsl
  2. float4 shadowCoord = mul(_MainLightWorldToShadow, float4(worldPos, 1.0));
  3. float shadow = SampleShadowmap(shadowCoord); // 采样ShadowMap
  4. float lightAttenuation = shadow > 0 ? 1.0 : 0.0; // 阴影判断

  复制代码
• ‌优化参数体系‌
  | 参数 | 作用域 | 典型值 |
  | --- | --- | --- |
  | 分辨率 | 全局/光源级 | 1024-4096 |
  | 级联分割 | 方向光 | 2-4级 |
  | 深度偏移 | 材质/光源 | 0.001-0.1 |
  | 法线偏移 | 材质/光源 | 0.01-0.5 |
  
• ‌性能敏感操作‌
  
  
  
  • 阴影距离(Shadow Distance)：控制最大生成范围
    
  • 软阴影滤波(Soft Shadows)：增加PCSS滤波开销
    
  • 动态批处理：影响ShadowCaster Pass执行效率
    
  
  

阴影贴图(Shadow Maps)

实现原理是从光源视角渲染场景深度到纹理(_MainLightShadowmapTexture)，通过比较当前像素深度与ShadowMap值判断阴影区域。关键步骤包括：

• ShadowCaster Pass生成深度图，需声明LightMode="ShadowCaster"标签和对应宏
  
• 深度比较时使用_MainLightWorldToShadow矩阵转换坐标到光源空间
  
• 通过_ShadowBias参数调整深度/法线偏移防止阴影失真
  

阴影级联(Cascaded Shadow Maps)

将视锥体分割为多个区域(通常2×2图集)，近处使用高精度贴图，远处使用低精度，解决大场景阴影锯齿问题。URP通过MainLightShadowCasterPass.cs管理级联：

• GetShadowCasterBounds()计算影响范围
  
• 不同级联区域对应_MainLightShadowmapTexture的不同部分
  

屏幕空间阴影(Screen Space Shadows)

替代传统级联的方案，工作流程：

• 生成_CameraDepthTexture和_MainLightShadowmapTexture
  
• 重建世界坐标后转换到阴影空间生成_ScreenSpaceShadowmapTexture
  
• 相比级联方案减少纹理采样次数但增加深度预处理开销
  

关键参数优化

参数作用示例分辨率影响阴影精度2048x2048适合中端设备图集存储多级联/多光源阴影_MainLightShadowmapTexture为2×2图集深度偏移防止自阴影_ShadowBias.x调整深度值法线偏移解决Peter Panning_ShadowBias.y沿法线偏移近裁剪面控制阴影生成范围Light组件中Cascade Split设置技术对比‌

方案优点缺点传统级联精度可控带宽占用高屏幕空间节省带宽边缘锯齿明显混合方案平衡性能/质量实现复杂度高文档中特别强调：URP 14.1版本后优化了阴影图集分配策略，减少了约20%的显存占用。建议开发者通过Frame Debugger验证阴影生成各阶段的实际效果。
性能优化建议：

• 静态物体使用光照贴图烘焙阴影
  
• 动态物体根据距离调整阴影分辨率
  
• 屏幕空间阴影适合移动端(减少采样)，PC端推荐级联阴影
  
• 硬阴影(Hard Shadow)比软阴影节省30% GPU开销
  
• ‌移动端适配‌
  
  
  
  • 推荐使用屏幕空间阴影+中等分辨率(1024)
    
  • 关闭非必要级联（如保留2级）
    
  • 静态物体烘焙光照贴图
    
  
  
• ‌PC端高精度方案‌
  
  
  
  • 4级级联+2048分辨率
    
  • 启用PCSS软阴影滤波
    
  • 动态调整阴影距离（建议30-100米）
    
  
  
• ‌常见问题解决‌
  
  
  
  • ‌阴影锯齿‌：提高分辨率或启用软阴影
    
  • ‌Peter Panning‌：增加法线偏移值
    
  • ‌性能瓶颈‌：使用Debugger分析ShadowCaster耗时
    
  
  

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感谢分享，下载保存了，貌似很强大