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开篇先说，这文章好难懂啊，到现在也没完全弄明白，有大佬的话欢迎指点。这篇大体意思是对Perspective Shadow Maps进行部分优化。GEMS这书这点是真挺蛋疼，很多文章都是对某项技术的优化，那先介绍介绍原来技术嘛，我都不知道原来技术为啥有毛病（当然是咱自己菜鸡）上来就给我整优化，完全看不懂。先贴上Perspective Shadow Maps技术的最原始论文链接

 http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.449.9505&rep=rep1&type=pdf

一个关于shadow map技术非常好的链接，之后有时间得详细写一篇关于这个文章的积累

http://www.opengl-tutorial/intermediate-tutorials/tutorial-16-shadow-mapping

本文开篇上来又来介绍阴影渲染的两大流派。

  • 阴影体（shadow volumes）/模板阴影（stencil shadows）
  • 阴影贴图（Shadow Maps）

之前文章已经介绍过这俩技术流派了，这里就略过了。透视阴影贴图（Perspective Shadow Maps, PSMs）是由Stamminger和Drettakis 在SIGGRAPH 2002上提出的一种阴影贴图（Shadow Maps）流派的方法，通过使用在投射后空间（post-projective space）中的阴影贴图来去除其中的走样。

The most significant problems of the presented PSM algorithm are these three(PSM算法三个问题):

  • To hold all potential shadow casters inside the virtual camera frustum, "virtual cameras" are used when the light source is behind the camera. This results in poor shadow quality.（虚拟相机技术带来阴影质量降低）
  • The shadow quality depends heavily on the light position in camera space.（阴影质量很依赖于光源对相机的位置）
  • Biasing problems weren't discussed in the original paper. Bias is a problem with PSMs because the texel area is distributed in a nonuniform way, which means that bias cannot be a constant anymore and should depend on the texel position.（bias问题）

虚拟相机

如以下两个图所示，这玩意粗俗来讲，意思就是树木1不在摄像机范围内，但是光照到这个树木1投射出来的阴影投到地面后确在摄像机范围内，这可咋整呢，那就像图2似的，把摄像机虚拟的往后挪点，把树木1囊括在摄像机范围内来解决这个问题。虚拟摄像机这种技术带来的问题就是阴影质量会降低，因为本来贴近摄像机的物体，比如树木2，会因为相机向后挪动后在视野中变小，自然会影响其阴影质量。

解决虚拟摄像机的问题可以采用以下办法：对光源矩阵使用特别的投射变换。如下图所示，它由一个原始的（非后移过的虚拟相机）摄像机，一个“”逆向“”光源和摄像机后面的物体组成。

 我个人非常粗俗的理解是，该方法构造了一个很特别的矩阵，使得光源经过点1向负无穷发射，之后又转回来经过234点直至正无穷大。（这块理解不太好，望大佬指导）

 对虚拟摄像机技术还可以改进的一点是，当后移时，同时使得camera 近平面一同后移。如下图所示。

 

当光源离unit cube非常近的时候，如果我们仅使用一个shadow map texture，阴影质量会非常低。因为为了保证光源视域要囊括整个unit cube，光源视域的角度会非常大，如下图所示。因此离光源很近的区域采样值就会非常少，阴影质量就会降低。有两个办法，每个办法仅解决问题的一部分：单位立方体裁剪法，把光源摄像机对准单位立方体的必要部分；立方体映射法，使用多个纹理来存储深度信息。

最初的文章没有讨论过偏置（bias）问题。偏置是随透视阴影贴图而带来的问题，因为纹素的面积以不均匀方式分布，这意味着偏置不再是常量，而是与纹素的位置有关。

解决方案：使用在世界空间中的偏置（而且不再分析双投射矩阵的结果），然后把这个世界空间偏置转换到投射后空间。（这部分没怎么理解，望大佬指导）

最后，该方案又提到了紧邻百分比过滤（percentage-closer filtering ，PCF）优化，之前文章已经详细记录过，这里就略过了

【关键词提炼】

 

阴影渲染（Shadow Rendering）

阴影贴图（Shadow Maps）

透视阴影映射（Perspective Shadow Maps，PSMs）

紧邻百分比过滤（percentage-closer filtering ，PCF）

单位立方体裁剪法（Unit Cube Clipping）

 

 

本文标签： 透视阴影贴图GPUMaps

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