Unity自定义着色器附加光源阴影实现及锯齿修复问题咨询

问题背景 #

我在Unity中基于Compute Shader开发草渲染项目，采用Forward+渲染路径，需要实现附加光源对草的光照影响，以及光源与草之间的物体在草表面投射阴影。Shader Graph制作的草已实现该效果，但自定义的GrassTestShader.shader最初在AdditionalLightsTest函数中执行finalColor.rgb *= shadowColor.rgb时无阴影效果，排查后发现是代码执行顺序问题，调整后阴影正常显示，但光边界处的阴影出现阶梯状锯齿，需要解决该问题。

具体解决方案 #

针对阴影锯齿问题，从采样过滤、软阴影实现、光源边界平滑三个核心方向入手，结合你的HLSL代码给出可落地的修改方案：

1. 启用阴影纹理双线性过滤 #

默认的点采样会导致阴影边缘生硬，在Grass.hlsl的阴影采样逻辑中切换为双线性过滤：

// 替换原阴影采样代码
float shadow = SAMPLE_TEXTURE2D(_AdditionalLightShadowMap, sampler_AdditionalLightShadowMap, shadowCoord.xy);

同时在自定义着色器的Pass块中声明对应的采样器状态：

Pass
{
    // ... 其他Pass配置
    SamplerState sampler_AdditionalLightShadowMap
    {
        Filter = Bilinear;
        AddressU = Clamp;
        AddressV = Clamp;
    }
}

2. 实现PCF软阴影过滤 #

如果双线性过滤效果不足，在CustomLighting.hlsl中添加PCF（百分比渐近过滤）逻辑，对阴影坐标周围的多个采样点取平均，平滑阴影边缘：

float GetPCFSoftShadow(float2 shadowUV, float shadowDepth, float bias)
{
    float shadow = 0.0;
    float2 texelSize = 1.0 / _AdditionalLightShadowMap_TexelSize.xy;
    // 3x3采样核，可根据性能需求调整为2x2或5x5
    for(int x = -1; x <= 1; x++)
    {
        for(int y = -1; y <= 1; y++)
        {
            float2 offset = float2(x, y) * texelSize;
            float sampledDepth = SAMPLE_TEXTURE2D(_AdditionalLightShadowMap, sampler_AdditionalLightShadowMap, shadowUV + offset).r;
            shadow += step(shadowDepth - bias, sampledDepth);
        }
    }
    return shadow / 9.0;
}

然后在AdditionalLightsTest函数中替换原阴影采样逻辑：

// 原阴影计算
// float shadowColor = SHADOW_SAMPLE(...);

// 替换为PCF软阴影计算
float shadowDepth = shadowCoord.z;
float shadowValue = GetPCFSoftShadow(shadowCoord.xy, shadowDepth, _AdditionalLightShadowBias);
float3 shadowColor = float3(shadowValue, shadowValue, shadowValue);
finalColor.rgb *= shadowColor.rgb;

3. 光源边界平滑过渡 #

阶梯状锯齿可能来自光源衰减的硬边界判定，在AdditionalLightsTest中对光源衰减添加平滑过渡：

float attenuation = LIGHT_ATTENUATION(i);
// 用smoothstep处理衰减边缘，0.05和0.1可根据光源范围调整
float smoothAttenuation = smoothstep(0.05, 0.1, attenuation);
attenuation *= smoothAttenuation;

// 将平滑后的衰减与阴影结合
finalColor.rgb *= shadowColor.rgb * attenuation;

4. 草顶点动画的抖动补偿 #

如果草的顶点动画导致阴影采样抖动，可在Grass.hlsl的顶点着色器中添加微小的随机偏移，平滑动画带来的阴影锯齿：

// 基于顶点ID生成随机偏移，幅度可调整
float3 randomOffset = frac(sin(float3(v.vertexID * 12.9898, v.vertexID * 78.233, v.vertexID * 45.164)) * 43758.5453) * 0.01;
float3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz + randomOffset;

验证流程 #

1. 先启用双线性过滤，观察锯齿是否缓解；
2. 若效果不佳，加入PCF软阴影，注意平衡性能（3x3采样对移动端性能影响极小）；
3. 最后添加光源边界平滑，确保阴影与光源衰减边缘过渡自然。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user16287208