当光源发射的光线遇到一个不透明物体时，除了部分反射光外，光线无法照亮其他物体，此时这个物体就会向旁边的物体投射阴影。这些阴影区域的产生是因为光线无法到达这些区域。

传统实时阴影（ShadowMap）

unity使用这种ShadowMap的技术来模拟实现物理世界的投影现象，它的实现原理非常简单。

假设有一个模拟太阳位置的摄像机，在可观察的视线范围内，物体表面各个点到摄像机的距离可以组合成一张深度图，它记录了从该光源的位置出发、能看到的场景中距离它最近的表面位置。这张深度图就叫做ShadowMap。（图中紫色部分表示阴影区域）

深度图是通过模拟太阳位置的摄像机获取到的，并非真正渲染场景的视角，真正渲染场景的视角，是B点所在位置的相机。

假设B观察到的三个点p1、p2、p3，在渲染的过程中，首先会把这三个点的顶点位置变换到光源空间下，这样就能得到它们在光源空间中的三维位置信息：sun(p1)、sun(p2)、sun(p3)，

使用xy分量对ShadowMap进行纹理采样，就能获得它们的深度信息sun-depth(p1)、sun-depth(p2)、sun-depth(p3)

B视角下这三个点的深度信息可以通过z分量获得，它们的深度信息是B-depth(p1)、B-depth(p2)、
B-depth(p3)

通过同一位置在不同视角下世界空间的深度值对比，就能判断出该点是否处于阴影中。如果阴影深度值小于顶点深度值，那么这个点就处在阴影中。否则这个点就被光源照亮。

• sun-depth(p1) > B-depth(p1)，照亮
• sun-depth(p2) < B-depth(p2)，阴影
• sun-depth(p3) < B-depth(p3)，阴影

以上就是传统实时阴影shadowMap的基本技术原理。

屏幕空间阴影映射（ScreenspaceShadowMap）

在Unity5中，Unity又使用了不同的阴影技术，即屏幕空间阴影映射技术（ScreenspaceShadowMap）。

当使用了屏幕空间阴影映射技术时，Unity首先会通过调用LightMode为ShadowCaster的Pass来得到ShadowMap以及摄像机的深度纹理（Camera-depth）。然后根据ShadowMap和深度纹理来得到屏幕空间的阴影图(Shadow-depth)。判断顶点是否处于阴影中，遵循以下规则：

• Camera-depth > Shadow-depth，照亮
• Camera-depth < Shadow-depth，阴影

再来说说一种辅助性的阴影技术：联级阴影（Cascaded Shadow Mapping）

联级阴影在unity中是配合屏幕空间阴影使用的，在渲染的过程中通过设置不同级别的阴影，通过判断用户到物体之间的距离，来切换使用不同级别的阴影。

阴影的基本设置

在设置使用哪种阴影技术之前，首先要确保光源ShadowType的基本设置。

其次是确认物体拥有投射或接受阴影的能力，这是通过Mesh Renderer组件中的Cast Shadows 和 Receive Shadows属性来实现的。

开启了Cast Shadows，unity就会把该物体添加到光源的ShadowMap的计算中去。而Receive Shadows则可以选择是否让物体接收来自其他物体的阴影。

默认情况下，这些属性都是已经设置好了的，这里只是提醒注意。

默认情况下，unity使用的是屏幕空间 + 联级阴影的技术实现阴影，要重现传统ShadowMap阴影技术，需要关闭unity的屏幕空间阴影映射+联级阴影技术

可以在Edit-Projecr Settings-Quality中查看shadows的设置，Shadow Distance对于阴影的质量有很大影响，距离越远越粗糙，距离越近越精细

在Graphics中取消默认设置，取消勾选Cascaded Shadows勾选。这样unity就采用了传统的实时阴影渲染技术。

在使用屏幕空间阴影映射技术时，Quality设置中shadow cascades 选择 Two Cascades 或者 Four Cascades中，就等于是在屏幕空间坐标阴影的基础上再加上了联级阴影。

勾选这里的选项可以查看联级阴影的距离范围

以上就是三种阴影技术的基本设置。

自定义阴影Shader

先简单搭建一个场景，给立方体添加一个最简单的着色器unlit shader，再添加一个unlit shader的材质，此时，立方体表面没有任何光照信息，也不会产生阴影。

结合上面阴影的设置，只需要加上简单的一段代码，就能实现一个简单的阴影：

Fallback "Diffuse"

Diffuse是Unity shader封装好的产生阴影投射的shader，它的优点是方便快捷，缺点是无法自定义。

要实现自定义Pass，需要使用以下代码来实现：

// Pass Tags
Tags {"LightMode" = "ShadowCaster" }
#include "AutoLight.cginc"
// struct v2f
SHADOW_COORDS(5)

// vef vert
TRANSFER_SHADOW(o);
// half4 frag
SHADOW_ATTENUATION(i);

这段代码，主要还是用来实现传统实时阴影技术。

使用了LightMode = "ShadowCaster“这条语句，渲染引擎会先在当前shader找到对应的Pass来渲染投射阴影，如果没找到，就会在Fallback中继续查找，如果仍然没有找到，它就不会投射阴影。

自定义Pass 渲染投射阴影往往比较复杂，这涉及到光照模型的计算，有感兴趣的，可以查看以往几篇关于光照模型计算的文章。

Unity 5及以后的版本，已经采用了屏幕空间阴影+联级阴影技术，因此更多是采用以下代码来实现：

// Pass Tags
Tags {"LightMode" = "ShadowCaster" }
#include "AutoLight.cginc"
// struct v2f
LIGHTING_COORDS(5,6)

// vef vert
TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o);
// half4 frag
LIGHT_ATTENUATION(i);

以上代码的写法，渲染引擎在处理阴影时，可以帮助判断灯光类型，从而计算光照衰减范围、Cookies等等。

Frame Debugger 查看阴影绘制过程

我们可以通过Window - Frame Debugger中打开帧调试器，来查看阴影的渲染过程。

阴影渲染大致分为四个阶段：

第一阶段：UpdateDepthTexture，这个阶段主要是更新摄像机的深度问题。

第二阶段：RenderShadowMap，这个阶段是渲染得到光源的ShadowMap

第三阶段：CollectShadows，这个阶段是根据深度纹理和ShadowMap，计算得出屏幕空间阴影图。

第四阶段：绘制渲染结果，这个阶段没什么好说的。

最后再给一段示范代码，看看Shadow阴影技术结合光照模型产生的一个最终效果：

// Pass1
half3 diff_term = min(shadow,man(0.0,dot(normal_dir,light_dir)));
half3 diffuse_color = diff_term * _LightColor0.xyz * base_color.xyz * attuenation;
half3 spec_color = pow(max(0.0,RdotV),_Shininess) * diff_term * _LightColor0.xyz * _SpecIntensity * spec_mask.rgb;
// Pass2
Tags { "LightMode"="ForwardAdd" }
Blend One One
#pragma multi_compile_fwdadd
// struct v2f
LIGHTING_COORDS(5,6)
//v2f vert
TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o);
//half4 frag 
half3 shadow = LIGHT_ATTENUATION(i);
half3 final_color = (diffuse_color + spec_color)*ao_color;
return half4(final_color,1.0);