Unity shader中TransformWorldToShadowCoord原理解析

TransformWorldToShadowCoord 的核心作用很简单：将你提供的世界坐标，转换到一个可以用于采样 Shadow Map 的坐标空间。它本质上是为你省去了手动编写矩阵乘法的繁琐步骤。

🔍 核心原理：一个"三步走"的幕后过程

函数内部主要执行了以下三个步骤：

获取矩阵 ：获取从"世界空间"转换到"阴影空间"的核心矩阵 unity_WorldToShadow。
- 方向光 ：需处理阴影级联（Shadow Cascades），因此是一个包含最多4个矩阵的数组 unity_WorldToShadow[4]。
- 聚光灯/点光源 ：通常只用一个矩阵 unity_WorldToLight。
执行变换 ：执行矩阵乘法 mul(unity_WorldToShadow[selectedIndex], float4(worldPos, 1.0))，将世界坐标转换到阴影空间的齐次坐标。
处理齐次坐标 ：对于聚光灯 或点光源 这类透视投影，需要执行透视除法（shadowCoord.xyz / shadowCoord.w），将坐标映射到0-1范围以得到最终的Shadow Map UV坐标；而方向光 由于是正交投影（w 分量为1），则无需此步骤。

此外，函数内部还会根据是否启用级联阴影映射（_MAIN_LIGHT_SHADOWS_CASCADE）进行相应处理。当启用时，它会选择正确的 unity_WorldToShadow 矩阵索引来计算坐标。

💡 一个更直观的理解

你可以将这个过程类比为：

TransformWorldToShadowCoord：是一个翻译器，它将物体的世界坐标，翻译成Shadow Map上每个像素点的"门牌号"。
Shadow Map：是由光源"拍摄"的深度信息图，记录了场景中每个点离光源的远近。
MainLightRealtimeShadow 等采样函数 ：拿着翻译出来的"门牌号"（shadowCoord），去Shadow Map这张"地图"上，找到对应的深度信息进行比较，最终判定当前像素点是否处于阴影中。

🔧 实际使用示例

一个典型的URP Shader中接收阴影的流程大致如下：

cs 复制代码

// 1. 在着色器代码中包含必要的头文件并声明编译宏
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"
#pragma multi_compile _ _MAIN_LIGHT_SHADOWS
#pragma multi_compile _ _MAIN_LIGHT_SHADOWS_CASCADE

// ... 顶点着色器中输出世界坐标
VertexPositionInputs vertexInput = GetVertexPositionInputs(IN.positionOS.xyz);
OUT.positionWS = vertexInput.positionWS;

// 2. 在片元着色器中，将世界坐标转换为阴影坐标
float4 shadowCoord = TransformWorldToShadowCoord(IN.positionWS);

// 3. 获取主光源，传入阴影坐标，得到带有阴影衰减值的光源信息
Light mainLight = GetMainLight(shadowCoord);
float3 attenuatedLightColor = mainLight.color * mainLight.shadowAttenuation;

⚠️ 注意事项

宏定义 ：_MAIN_LIGHT_SHADOWS 和 _MAIN_LIGHT_SHADOWS_CASCADE 宏是正确启用功能的"开关"，确保它们被正确定义非常重要。
性能考量 ：在顶点着色器中计算 shadowCoord 通常更高效（只计算一次），但在顶点动画较多时，为了保证阴影准确，可能需要在片元着色器中计算。
管线差异 ：该函数主要适用于URP，Built-in管线通常使用TRANSFER_SHADOW宏，而HDRP则使用 EvalShadow_WorldToShadow 函数。