Mixed Lighting Lightmap & Shader in Unity | Unity中混合光照Lightmap研究
在MixedLight模式，Lightmap有三个模式：Shadowmask，Bake Indirect和Subtractive
Bake Indirect
不烘焙直接阴影，只烘焙间接光，在Shadow Distance(Project Settings>Quality>Shadows里面设置)之内的阴影都是实时计算的（Shadow Map）。
| Dynamic Receiver | Static Receiver | |||
|---|---|---|---|---|
| Shadow Distance内 | Shadow Distance外 | Shadow Distance内 | Shadow Distance外 | |
| Dynamic Caster | Shadow Map实时阴影 | Shadow Map实时阴影 | ||
| Static Caster | Shadow Map实时阴影 | Shadow Map实时阴影 |
优点是有实时阴影，并且有间接光照
缺点就是比较费了，并且在Shadow Distance之外没有阴影
对shader来说，阴影就直接用TRANSFER_SHADOW啊，SHADOW_ATTENUATION出来的就行了。采样Lightmap就多了点间接光。
Subtractive
这个模式呢是唯一一种把阴影烘焙进贴图的模式，
| Dynamic Receiver | Static Receiver | |||
|---|---|---|---|---|
| Shadow Distance内 | Shadow Distance外 | Shadow Distance内 | Shadow Distance外 | |
| Dynamic Caster | Shadow Map实时阴影 | 主光ShadowMap | ||
| Static Caster | Light Probes | Light Probes | Lightmap | Lightmap |
以上是接受者和投影者生成阴影的方式区别。他还有一个特殊的地方是实时阴影的颜色可以调的2333
优点是静态物体的效果很好
缺点是不支持实时直接光，所以静态物体没有高光；light prob阴影比较差；动态静态阴影混合会有问题。
Shadowmask
这个把阴影信息存到一张贴图里了，这个贴图里可以存四个灯光阴影（RGBA四个通道）
| Dynamic Receiver | Static Receiver | |||
|---|---|---|---|---|
| Shadow Distance内 | Shadow Distance外 | Shadow Distance内 | Shadow Distance外 | |
| Dynamic Caster | Shadow Map实时阴影 | 主光ShadowMap | ||
| Static Caster | Light Probes | Light Probes | Shadow Mask | Shadow Mask |
优点：动态物体的阴影永远是实时的；混合动态和静态阴影比较容易，静态物体也有实时高光的哦
缺点：只有四个光咯，LightProbs精度低，多内存
Bake Indirect模式不必多说，像实时一样采样阴影就可以了。
Subtractive模式是传统的模式，阴影就在贴图里，直接采样一下lightmap就可以了。
一般这样：
half4 bakedTex = UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_Lightmap, lightmapUV.xy);
half3 decodeColor = DecodeLightmap( bakedTex );
col *= decodeColor;
return col;
就可以了，注意其中DecodeLightmap时，对于LDR（一般的）的LightMap，实际上就是乘了2。对于HDR的复杂一点。这个函数在UnityCG.cginc里面
问题比较大的是Shadowmask这个模式。
首先烘焙阴影不在unity_Lightmap这个图里，在unity_ShadowMask里。UnityShaderVariables里是这么定义的：
// Main lightmap
UNITY_DECLARE_TEX2D_HALF(unity_Lightmap);
// Directional lightmap (always used with unity_Lightmap, so can share sampler)
UNITY_DECLARE_TEX2D_NOSAMPLER_HALF(unity_LightmapInd);
// Combined light masks
#if defined (SHADOWS_SHADOWMASK)
#if defined(LIGHTMAP_ON)
//Can share sampler if lightmap are used.
UNITY_DECLARE_TEX2D_NOSAMPLER(unity_ShadowMask);
#else
UNITY_DECLARE_TEX2D(unity_ShadowMask);
#endif
#endif
从上面看出，要用这张图要先定义SHADOWS_SHADOWMASK这个关键词，如下：
#pragma multi_compile SHADOWS_SHADOWMASK
另外unity_LightmapInd是一张光照方向的图，采样以后可以给静态物体算高光：
half4 getLightDirPerPixel(float2 lightmapUV) {
#ifdef LIGHTMAP_ON
half4 bakedDirTex = UNITY_SAMPLE_TEX2D_SAMPLER(unity_LightmapInd, unity_Lightmap, lightmapUV.xy);
return half4(bakedDirTex.xyz-0.5h, bakedDirTex.w);
#else
return half4(normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz),1);
#endif
}
要采样这个shadowmask可以直接用一个函数UnitySampleBakedOcclusion，定义在UnityShadowLibrary.cginc里面
inline fixed UnitySampleBakedOcclusion (float2 lightmapUV, float3 worldPos)
{
#if defined (SHADOWS_SHADOWMASK)
#if defined(LIGHTMAP_ON)
fixed4 rawOcclusionMask = UNITY_SAMPLE_TEX2D_SAMPLER(unity_ShadowMask, unity_Lightmap, lightmapUV.xy);
#else
fixed4 rawOcclusionMask = fixed4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
#if UNITY_LIGHT_PROBE_PROXY_VOLUME
if (unity_ProbeVolumeParams.x == 1.0)
rawOcclusionMask = LPPV_SampleProbeOcclusion(worldPos);
else
rawOcclusionMask = UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_ShadowMask, lightmapUV.xy);
#else
rawOcclusionMask = UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_ShadowMask, lightmapUV.xy);
#endif
#endif
return saturate(dot(rawOcclusionMask, unity_OcclusionMaskSelector));
#else
//Handle LPPV baked occlusion for subtractive mode
#if UNITY_LIGHT_PROBE_PROXY_VOLUME && !defined(LIGHTMAP_ON) && !UNITY_STANDARD_SIMPLE
fixed4 rawOcclusionMask = fixed4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
if (unity_ProbeVolumeParams.x == 1.0)
rawOcclusionMask = LPPV_SampleProbeOcclusion(worldPos);
return saturate(dot(rawOcclusionMask, unity_OcclusionMaskSelector));
#endif
return 1.0;
#endif
}
这里用了UNITY_SAMPLE_TEX2D_SAMPLER，是直接用了unity_Lightmap的sampler。不过需要注意的是事先要定义并使用unity_Lightmap，要不然编译会去掉这个sampler然后就报错了。
上面返回的是一个attenuation值，类似于shadowmap计算得到的那个，直接乘进颜色就行，或者用它来lerp颜色也行。于是呢这就有了烘焙的阴影。
但还有一个问题，shadowmask模式下的lightmap跟Subtractive模式相比非常暗。
因为它和Baked Indirect比较像，lightmap里只是间接光，所以不是乘进本色而是加进实时计算的光照。
所以对于Substactive来说：
half4 lightmapTex = UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_Lightmap, lightmapUV.xy);
half atten = SHADOW_ATTENUATION(i);
half3 directDiffuse = dot(worldNormal, lightDir) * _LightColor0.rgb;
half3 diffuse = directDiffuse * lightmapTex.xyz * atten;
return half4(diffuse + specular, 1);
也就是说直接把lightmap乘进diffuse就行了
对于ShadowMask和Bake Indirect来说：
half4 indirectColor= UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_Lightmap, lightmapUV.xy);//lightmap is indirect light
half bakedAtten = UnitySampleBakedOcclusion(lightmapUV.xy, worldPos);
half directAtten = SHADOW_ATTENUATION(i);
half3 directDiffuse = dot(worldNormal, lightDir) * _LightColor0.rgb;
half3 diffuse = (indirectColor.xyz * 4.4 + directDiffuse * directAtten * bakedAtten);
return hal4(diffuse + specular, 1);
这时lightmap是加进diffuse而不是乘进的，至于那个4.4的系数，是试验出来的，我也感到很诧异。 按理来说DecodeLightmap乘以2就可以了。这个不太清楚原理。
ShadowMask烘焙，左为自己写的shader，右为Mobile/Diffuse
Shader "lightmaptest"
{
Properties
{
_myColor ("MainColor", color) = (1,1,1,1)
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 100
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile LIGHTMAP_ON
#pragma multi_compile SHADOWS_DEPTH SHADOWS_SCREEN
#pragma multi_compile SHADOWS_SHADOWMASK
#include "UnityCG.cginc"
#include "AutoLight.cginc"
#include "UnityStandardCore.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 texcoord1:TEXCOORD1;//lightmap uv
float3 normal:NORMAL;
};
struct v2f
{
float4 uv : TEXCOORD0;
float4 pos : SV_POSITION;
SHADOW_COORDS(1)
float4 worldPos : TEXCOORD2;
float3 worldNormal : TEXCOORD3;
};
fixed4 _myColor;
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
o.uv.xy = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
o.uv.zw = v.texcoord1.xy * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal( v.normal);
TRANSFER_SHADOW(o);
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
half directAtten = SHADOW_ATTENUATION(i);
half3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
half3 directColor = dot(lightDir, i.worldNormal) * _LightColor0;
half4 indirectColor = UNITY_SAMPLE_TEX2D(unity_Lightmap, i.uv.zw);
fixed bakedAtten = UnitySampleBakedOcclusion(i.uv.zw, i.worldPos);
half3 diffuse = (indirectColor.xyz*4.4 + (directColor) * bakedAtten * directAtten);
return fixed4(diffuse , 1);
}
ENDCG
}
}
}
http://catlikecoding.com/unity/tutorials/rendering/part-17/