【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

‌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：
```
hlsl
float4 shadowCoord = mul(_MainLightWorldToShadow, float4(worldPos, 1.0));
float shadow = SampleShadowmap(shadowCoord); // 采样ShadowMap
float lightAttenuation = shadow > 0 ? 1.0 : 0.0; // 阴影判断
```
‌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

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：

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：

替代传统级联的方案，工作流程：

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

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。

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