Shadow Map 原理和改进_ronintao的博客

shadow map是一种常用的实时阴影的生成方法。

通常用来生成平行光（direction light）的阴影。

点光源也可以用，不过要更加复杂一些（称 ... ShadowMap原理和改进 ronintao 于 2016-07-0711:50:54 发布 42146 收藏 88 分类专栏： Unity 文章标签： unity render 版权声明：本文为博主原创文章，遵循CC4.0BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

本文链接：https://blog.csdn.net/ronintao/article/details/51649664 版权 Unity 专栏收录该内容 4篇文章 3订阅 订阅专栏 参考      1、CommonTechniquestoImproveShadowDepthMaps      2、Tutorial16:Shadowmapping      3、ShadowMapping      4、ShadowMappingAlgorithms      5、ShadowMap阴影贴图技术之探      6、CascadedShadowMaps 写在前面     之前已经很久没有再更新博客，上一篇已经是3年前的记录了，当时还比较菜（现在当然仍然菜），所以写的东西大多不是很好……     这期间其实也学了很多新的东西。

学习中比较痛苦的一点，是经常发现所学的东西要么就只有一个大意的原理讲解，不会特别深入；要么就是只有一个实现的简单方法，不知道所以然（国内的资料很多是这样）；能够两者兼顾的通常是比较难啃的英文资料，隔一段时间回去再翻阅，由于语言问题又需要花比较长的时间；另外一个问题就是各个相关知识点比较散落，不方便融汇贯通来看。

    因此，又产生了回来重开博客，进行汇总的想法。

    另外回来重新翻阅之前的博客，发现多了很多留言，以后慢慢的回复填坑吧…… 一、shadowmap原理      shadowmap是一种常用的实时阴影的生成方法。

通常用来生成平行光（directionlight）的阴影。

点光源也可以用，不过要更加复杂一些（称为omnidirectionalshadowmaps，生成的是cubemap，如果我会填坑的话，会在以后讲到）。

     说到xxmap，第一反应当然是会生成并利用某种纹理。

没错，shadowmap的核心就是要生成并利用shadowdepthmap。

下面具体来说。

1、阴影算法的任务      shadowmap（以及shadowvolume）等shadow算法，到底是做什么的？这其实是需要解决的第一个问题。

这些阴影算法的核心，实际上就是要针对任意给定的一个物体片段点（fragmentpoint），鉴定出它是否处在阴影之中。

     所以阴影算法，归根结底是要给出这样一个函数： boolShadowAlgorithm(vector3fragmentPoint){ if(IsInShadow(fragmentPoint)) returntrue; else returnfalse; }      各种不同的阴影算法，实际上就是“是否在阴影中”的鉴别方法不同。

2、阴影产生的自然原理      什么样的点是在阴影中的？看看下面这张图 图1、阴影（图中橘黄色的是不透明的物体）      在平行光的照射下，直觉的可以知道，点A、点D在阴影之外，而点B、点C在阴影之中。

直觉判断的依据，就是由于光线的直线传播特性，一旦遇到遮挡，就会产生阴影。

换言之，对于光线来说不可见的点，就是在阴影中的点。

     那么上面的判断函数 IsInShadow，就可以进一步写为如下的伪代码： boolIsInShadow(vector3fragmentPoint){ return!IsVisibleToLight(fragmentPoint,mLight); }     其中mLight是需要生成阴影的平行光，fragmentPoint是需要进行判断的片段点。

3、基于自然原理的提炼：lightspace的 shadowdepthmap      一提到这种可见性的判定，自然的就会想到depthtest。

我们站在光源的位置，按照光线传播的视角，观察场景，计算场景中的物体距离光源的距离（也就是该视角下的深度），并记录各个位置上的最小值（即距离光源最近的点的位置），从而获得一张shadowdepthmap。

     其实，上面的流程和普通的camera获取depthmap的流程是基本一样的，只是要改换到光源位置来观察而已。

4、应用到场景中：利用shadowdepthmap      获取了shadowdepthmap之后，就要利用它来进行鉴别。

根据第2小节的讨论，可以知道，如果某个点，其在光源视角下的depth大于shadowmap中对应位置的depth，则意味着它被某个物体遮挡，因此是在阴影中的；反之则不在阴影之中。

     所以，对于世界中的某个点p，我们只要将其转移到lightspace，比较他在lightspace下的depth，就可以判定它是否是在阴影之中了。

二、基本的shadowmap流程      根据第一章的讨论，可以大致梳理出流程，下面逐步来说： 1、在lightspace摆放camera      1）投影方式      camera的投影方式有两种：orthographic和perspective。

那么应该使用哪一种呢？      这就牵涉到shadowmap的原理：以光源的角度观察世界。

由于我们这里使用的是平行光，所以它眼中的世界是没有透视关系的，因此应该使用orthographic。

而如果使用的是点光源，那么就应该使用perspective了。

     2）视锥体（frustum）      确定了投影方式为orthographic之后，就要确定它的视锥体。

显然我们需要将view视角下所有物体都包含到视锥体中，但是过大也没有意义，会引起不必要的渲染开销，另外也可以更充分的利用shadowdepthmap。

     这里有两种方式（这一小节的图，全部来自于微软的网站）：      a.FitToScene 图2、任意指定的视锥体和fittoscene设定下的视锥体      左边是一个任意设定的视锥体，里面的梯形是view视角的frustum，右边是调整shadowfrustum，使他正好包含整个scene的情况。

     可以看到，如果按照左边的设置，视锥体中有一部分区域是完全空着的，那么截取出的shadowdepthtexture，对应的这一部分也就完全为空，因而利用率更低。

另一方面，左边的视锥体远近平面距离较远，由于深度取值实际是转换到0~1范围内的，这就意味着有部分值域是利用不上的，那么深度值的精度也被降低了。

     那么，如果给定场景的AABB，如何确定灯光的frustum？如果当前lightspace的只需要将该AABB的顶点转移到lightspace，然后取出xmin，xmax，ymin，ymax，zmin，zmax。

由于camera的观察视野由xy分量确定，观察的深度由z确定，因此将camera摆放在x，y的中心点，size取其半径的较大值，然后将zmin设置为near，zmax设置为far即可。

     例如下面unity的代码，lightCamera就是我们摆放在灯光处的camera privatevoidFitToScene(){ ListaabbBounds=GetSceneAABBCorners(sceneObject); floatxmin=float.MaxValue,xmax=float.MinValue; floatymin=float.MaxValue,ymax=float.MinValue; floatzmin=float.MaxValue,zmax=float.MinValue; foreach(Vector3cornerPointsinaabbBounds){ Vector3pointInLightSpace=transform.worldToLocalMatrix.MultiplyPoint(cornerPoints); xmin=Mathf.Min(xmin,pointInLightSpace.x); xmax=Mathf.Max(xmax,pointInLightSpace.x); ymin=Mathf.Min(ymin,pointInLightSpace.y); ymax=Mathf.Max(ymax,pointInLightSpace.y); zmin=Mathf.Min(zmin,pointInLightSpace.z); zmax=Mathf.Max(zmax,pointInLightSpace.z); } floatxsize=(xmax-xmin)/2; floatysize=(ymax-ymin)/2; floatzsize=(zmax-zmin)/2; lightCamera.transform.localPosition=newVector3((xmin+xmax)/2,(ymin+ymax)/2,0); lightCamera.orthographicSize=Mathf.Max(xsize,ysize); lightCamera.nearClipPlane=zmin; lightCamera.farClipPlane=zmax; }      b. FittoView 图3、fittoview设定下的视锥体      这种方法是调整视锥体使他正好包含viewfrustum。

可以看到在左边的情况下，其表现非常好，只需要包含很少的区域，右边的情况对比fittoscene则有得有失。

     值得注意的是，view视角下的阴影，并不一定完全由view视角内包含的物体产生，可以看下面这张图，view视角很小的情况下就会出现问题。

图4、fittoview在viewfrustum很小时的阴影丢失      因此在实际使用中，是使用灯光的无穷远视锥体和viewfrustum以及场景的AABB盒的交集来做的 图5、综合使用scene与viewfrustum来解决阴影丢失      另外这种方法还有个问题在于视锥体的确定和viewfrustum产生了关联。

只要观察视角变动，则截取尺寸就有可能变化，而在fittoscene情况下，则是相对固定的。

     这种情况的代码与上面的差别不大，可以看到near和farclipplane仍然取决于scene，而size则完全取决于viewfrustrum privatevoidFitToView(){ ListsceneAABBBounds=GetSceneAABBCorners(sceneObject); ListviewAABBBounds=GetViewCorners(viewCamera); RoninBound3DsceneBound=GetBoundInLightSpace(sceneAABBBounds); RoninBound3DviewBound=GetBoundInLightSpace(viewAABBBounds); lightCamera.transform.localPosition=newVector3(viewBound.XCenter,viewBound.YCenter,0); lightCamera.orthographicSize=Mathf.Max(viewBound.XSize/2,viewBound.YSize/2); lightCamera.nearClipPlane=sceneBound.zMin; lightCamera.farClipPlane=sceneBound.zMax;}      其中获取场景AABB的由于比较简单这里就不给出，获取perspectivecamera的边角稍微麻烦一点，在unity中代码如下： privateListGetViewCorners(Cameracam){ //inunity,thefovistheverticalfieldofview;horizontalFOVvariesdependingontheviewport'saspectratio.Fieldofviewisignoredwhencameraisorthographic(seeorthographic). Listcorners=newList(); floatySizeNear=cam.nearClipPlane*Mathf.Tan(cam.fieldOfView/2*Mathf.Deg2Rad); floatxSizeNear=cam.aspect*ySizeNear; floatySizeFar=cam.farClipPlane*Mathf.Tan(cam.fieldOfView/2*Mathf.Deg2Rad); floatxSizeFar=cam.aspect*ySizeFar; corners.Add(cam.transform.localToWorldMatrix.MultiplyPoint(newVector3(xSizeNear/2,ySizeNear/2,cam.nearClipPlane))); corners.Add(cam.transform.localToWorldMatrix.MultiplyPoint(newVector3(-xSizeNear/2,ySizeNear/2,cam.nearClipPlane))); corners.Add(cam.transform.localToWorldMatrix.MultiplyPoint(newVector3(xSizeNear/2,-ySizeNear/2,cam.nearClipPlane))); corners.Add(cam.transform.localToWorldMatrix.MultiplyPoint(newVector3(-xSizeNear/2,-ySizeNear/2,cam.nearClipPlane))); corners.Add(cam.transform.localToWorldMatrix.MultiplyPoint(newVector3(xSizeFar/2,ySizeFar/2,cam.farClipPlane))); corners.Add(cam.transform.localToWorldMatrix.MultiplyPoint(newVector3(-xSizeFar/2,ySizeFar/2,cam.farClipPlane))); corners.Add(cam.transform.localToWorldMatrix.MultiplyPoint(newVector3(xSizeFar/2,-ySizeFar/2,cam.farClipPlane))); corners.Add(cam.transform.localToWorldMatrix.MultiplyPoint(newVector3(-xSizeFar/2,-ySizeFar/2,cam.farClipPlane))); returncorners; }     以上的代码还有另外一个问题，viewcamera的frustum有时farclip会非常的大，导致viewfrustum的aabb非常的大，包含了大量不需要的信息。

所以在实际使用中，可以先获取viewcamera的maxdepth，然后再进行计算（当然可能还有更好的方式） 2、截取 shadowdepthmap      1）texturesize      要将shadowdepthmap保存为多大尺寸的纹理是个非常重要的问题。

尺寸越大，包含的信息越多，当然越精确，但是消耗的内存也越多。

尺寸太小会引发锯齿问题。

这里先不展开讨论，在后面的部分会详细讲到。

     2）编码方式      texturesize体现的是位置的精确度，而该像素点上的值，则是其深度值的精度。

如果仅仅利用纹理像素中的一维，则精度显然不够高，而且十分浪费。

所以可以通过编码的方式，将其四位（RGBA模式下）统统利用起来。

     例如unity中的 EncodeFloatRGBA //Encoding/decoding[0..1)floatsinto8bit/channelRGBA.Notethat1.0willnotbeencodedproperly. inlinefloat4EncodeFloatRGBA(floatv) { float4kEncodeMul=float4(1.0,255.0,65025.0,16581375.0); floatkEncodeBit=1.0/255.0; float4enc=kEncodeMul*v; enc=frac(enc); enc-=enc.yzww*kEncodeBit; returnenc; }     在需要取出的时候再进行解码： inlinefloatDecodeFloatRG(float2enc) { float2kDecodeDot=float2(1.0,1/255.0); returndot(enc,kDecodeDot); }      这样就提高了深度值的精度。

3、开始渲染阴影      对于一般的物体，那么直接渲染即可，而对于一些透明的物体，或者需要特殊处理的物体，则可以在这一步再做点文章。

     比如说对于一些透明的物体，只希望他的边界处产生阴影，则可以只对他的边界处记录Z值。

    这里会在以后补全（希望我会填这个坑） 4、对于每个点，转到lightspace，转换矩阵的确定      首先要明确的是转换的目的。

上面截取的depthmap是在lightspace中获得的，那么对于场景中任意的一点，就需要知道他在lightspace中的位置。

     那么和viewspace中的mvp转换一样，这里也需要转移到lightspace的mvp矩阵。

     在unity中这几个矩阵其实可以直接获取，不过在《Unity3DShaderLab开发实战详解》中的第13章中有出现一个具体的矩阵，但是这个矩阵有一些问题（这是一本充满bug的好书），因此在这里额外讨论一下这个矩阵如何确定。

     这里我们分别对m、v、p进行讨论：      1）model矩阵：local->world      显然，lightspace和viewspace所面对的世界是一样的，那么将坐标从local坐标系转换到world坐标系的model矩阵就是相同的。

那么在unity中，在shader中直接使用 _Object2World矩阵就可以了      2）view矩阵：world->view      在unity中可以直接获取这个矩阵，使用 Camera.worldToCameraMatrix 即可。

而在《实战》一书中，使用的是灯光的Transform.worldToLocalMatrix。

     乍一想，这两个矩阵的功效应该相同：对lightspace来说，所谓的viewspace，其实不就是灯光看到的世界吗，那不就是灯光本地的世界吗？      然而将这两个矩阵打印出来，会发现在Z轴方向有符号上的差异。

     详细的讨论可以参考 unity,相机空间与相机gameObject的局部空间 这篇文章。

其实问题的本质就在于unity中的坐标系是左手坐标系，而cameraview坐标系是右手坐标系。

所以在z轴上发生了方向的反转，这样的反转之后，camera所见的物体z<0，且越远，z越负。

     因此，这里需要使用 Camera.worldToCameraMatrix来获取view矩阵，或者使用对角矩阵[1,1,-1,1]左乘 Transform.worldToLocalMatrix。

两者得到的结果是相同的。

     3）projection矩阵：view->projection      在unity中可以直接从 Camera.projectionMatrix中获取。

     《实战》一书中，在light处放置的是一个perspective的camera，所以其投影矩阵是透视投影，他这里给出的矩阵有比较多的错误。

     这里的求法可以参考我之前的博客《【OpenGL】02-OpenGL中的坐标系》 最后的结论：      在unity的官方手册上也有相同的公式，可见链接最下面的范例。

     由于实际使用中，camera处在viewspace的原点，因此 Right-Left=WidthAtNearClip; Top-Bottom=HeightAtNearClip; Right+Left=0; Top+Bottom=0;     而在近平面的width和height可以由camera的fov、aspect和near求取出来： floatfov=c.fieldOfView; floatn=c.nearClipPlane; floatf=c.farClipPlane; floataspect=c.aspect; floatheightAtNear=2*n*Mathf.Tan(fov/2f*Mathf.Deg2Rad); floatwidthAtNear=aspect*heightAtNear;     将这个结果带入原矩阵，并定义 floatd=1/Mathf.Tan(fov/2f*Mathf.Deg2Rad);     则得到      这样求出的投影矩阵，和Camera.projectionMatrix是相等的。

     但这个矩阵仍然不能直接使用，需要根据GPU情况再进行处理（这里的原理我并不清楚，期待今后可以补完），还需要使用 GL.GetGPUProjectionMatrix(c.projectionMatrix,false)     才能够得到shader中使用的投影矩阵。

     4）正投影的投影矩阵      仍然可以使用 Camera.projectionMatrix然后使用 GL.GetGPUProjectionMatrix转换后得到。

具体的 Camera.projectionMatrix矩阵计算方法依旧可以参考我之前的博客 《【OpenGL】02-OpenGL中的坐标系》       5）correction矩阵      注意到《实战》一书中，还有一个correction矩阵，这个矩阵是做什么的？      一个顶点，经过MVP变化之后，其xyz分量的取值范围是[-1,1]，现在我们需要使用这个变化过的顶点值来找到shadowdepthmap中对应的点来比较深度，即要作为UV使用，而UV的取值范围是[0,1]，所以需要进行一个值域的变换，这就是这个矩阵的作用。

    需要注意的是，要使这个矩阵成立，该vector4的w分量必须是1。

在shader中运算的时候必须注意。

5、将上面求得的转换矩阵赋值给shader      在unity中，可以使用下面的代码来达到效果。

Shader.SetGlobalMatrix("LightMV",matrix);    在后面的实践中，有时我们还需要传递数组给shader，这个特性在目前的版本（5.3）中还不支持，从官网的论坛上来看，将在5.4中支持该特性。

6、在物体的shader中进行深度比较，来确定阴影     到了这一步，就只需要简单的比较深度就可以了，当然这里也是可以扩展的改善的，后面的bias里面我们会谈到。

7、基础shadowmap的代码     代码可以参考附例中的" 01BasicShadowMap"，可以看到综合的流程。

三、对这个流程的一些思考      除了上一章中对于每个独立步骤的讨论之外，对于流程整体，这里还有一些思考。

1、对静态平行光源，shadowdepthmap可以预生成吗？      如果场景中需要投射阴影的物体是静态的，且不使用fittoview时是可以的。

2、多个光源要怎样处理？      现在针对单个光源，是放在mainpass中执行的，对于多个光源，则每个光源都需要有自己独立的depthmap，以及自己的转换矩阵，在shader中分别处理。

可以写在一个pass中，也可以分散到多个pass（类似于forwardadd，其实感觉forwardadd是最合适的处理位置）。

    现在我们已经完成了基础的shadowmap。

但是现在的效果还很难让人满意，所以还需要很多改进。

下面我们针对问题逐个来看。

四、问题一：ShadowAcne&&SelfShadowing 1、现象      在任何改进措施都不采用的情况下，运行 " 01BasicShadowMap"，会看到一张惨不忍睹的画面（当然，阴影还是有的） 图6、无改进的shadowmap中的shadowacne      更常见的情况是下图左边这样的锯齿状条纹： 图7、条纹状的shadowacne      这种现象，就被称为 ShadowAcne或者Self-Shadowing 2、原因      ShadowMapping 里的 Shadowacne一节解释的比较清楚，根本原因就是shadowdepthmap的分辨率不够，因此多个pixel会对应map上的同一个点。

图8、shadowacne成因图      图中黄色箭头是照射的光线，黑色长方形是实际物体表面，黄色的波浪线是shadowmap中的对应值的情况。

     可以看到，由于map是对场景的离散取样，所以黄色的线段呈阶梯状的波浪变化，相对于实际场景中的情况，就有一部分比实际场景中的深度要大（对应着黑色线段部分），着部分不会产生阴影（注意图画反了）；一部分比实际场景中的深度要小（对应着黄色线段部分），这部分会产生阴影，所以就出现了条纹状的阴影。

     由于这种情况，是物体的实际深度，与自己的采样深度，相比较不相等（实际深度大于采样深度）导致的，所以可谓是自己（采样的副本）遮挡了自己（实际的物体），所以被称为selfshadowing。

3、对策      解决的方法很简单，其实只有实际深度大于采样深度的时候才有问题，那么我们在计算实际深度的时候，往灯光方向拉一点，让他减小一点就可以了 图9、shadowacne的对策：ShadowBias      这就是shadowbias的原理，具体怎么做，我们后面来看。

五、问题二：PeterPanning 1、现象 图9、peter-panning      这个现象只有在加入了shadowbias的时候才会出现，如上图，会看到影子脱离了物体（像飞起来的小飞侠一样），被称为peter-panning。

2、原因      上面现象中提到了shadowbias，容易知道，其实就是shadowbias加的太多了。

     shadow的计算是根据计算中使用的深度与shadowmap的深度对比得到的，如果shadowbias加的太多，就会导致物体计算影子时的深度，与他的实际深度差别太大。

所以影子就和物体产生了分离。

3、对策      解决的方法，当然就是不要使用太大的shadowbias。

六、ShadowBias      前面两节一直在说要加入shadowbias，但是可以看到，加小了没用，会有shadowacne；加多了又会导致peterpanning。

所以要怎么加，是有一定技巧的，最终的目标是要找到一个刚好能够消除shadowacne的bias值。

     现在常用的shadowbias的计算方法，是基于物体斜度的，称为slopescalebaseddepthbias。

     简单来说就是     公式的具象化可以参考下图： 图10、slopescaledepthbiasdiagram      这样做的原理是，当斜度大的时候，shadowmap上的一个点，所对应的实际物体的一小块面，其深度变化就会更大。

     举例来说，一个x方向的斜坡，同样是在x方向上差0.01，如果坡角是45度，那么深度差就是0.01，如果坡角是60度，那么深度差就是0.017. 如果采样点都是在x=0.005处，那么对坡角60的情况，就需要bias至少为0.0085，才可以保证不会产生shadowacne，而45度的情况，bias只要0.005就可以了 图11、slopescaledepthbias示例      对于这个公式，需要做一些说明：     1）坡度如何确定？当然是用顶点的normal，但是需要注意的是，我们是在灯光坐标系下观察物体的，所以normal需要转换到lightspace中。

    2）里面的两个参数factorSlope和 constantBias如何确定？NVidia告诉我们：这是一门艺术....所以慢慢调吧。

     shadowbias的代码，可以参考范例中"02ShadowMapWithBias"部分。

七、问题三：HardShadow&&SoftShadow 1、现象      现在我们生成的阴影，其边缘是没有过渡的，这样也容易产生锯齿。

（本节的图来自于nvidia的gpugems） 图12、hardshadow和边缘的锯齿      而现实世界中的影子（物理原理我忘记了，希望以后会填坑），边缘会更淡，有一定的渐变效果。

     我们现在产生的这种无渐变的影子，就被称为hardshadow，有边缘效应的则称为softshadow。

2、原因      原因是显然的：我们的判断是0-1的，只是检查是否在阴影之中，只有是和不是两种情况，当然会产生hardshadow。

3、对策      常用的解决方案称为shadowfiltering，在下一段，我们会展开来说。

八、ShadowFilter&&PCF（PercentageCloserFiltering）      由于对PCF以外的shadowfilter了解甚少，因此我对于shadowfilter的理解还不够清楚。

其他可查的filter手段包括"Exponentialshadowmapfiltering"，“VarianceShadowMaps”（这个很常用，有机会要补完），都是用来解决shadowmap的硬边缘和锯齿问题。

     对于PCF，其核心思路就是，如果是影子内部，则他周围的一圈点肯定也在阴影之中，如果是影子边缘，则他周围就会有些点不在阴影里，且越靠边，这些不在阴影中的邻居越多。

     所以检测一个点是否是在影子边缘，只要观察他的邻居就可以了。

     在实际代码中，输入一个点A，我们在 shadowdepthmap中取出他和他周围点的深度，然后和A的深度做比较（相当于用A的深度来代表他周围那一圈点的深度），然后根据有多少个点在阴影中，确定点A处影子的强度。

     原理是十分简单的，根据取点的方法和范围，又分为 2×2PCF，4×4PCF等等；根据每个点对影子强度加成的系数不同，又分为平均采样，泊松采样等等。

     代码可以参见范例中的"03ShadowMapWithPCF" 九、问题四：近处锯齿PerspectiveAliasing 1、现象 图13、锯齿      如左图，在场景比较大的情况下容易出现这种情况，在viewcamera的近处，产生了锯齿状的影子。

2、原因      根本原因仍然是shadowmap的分辨率不够（可以看出，这一点是shadowmap方法的软肋）。

     在camera的近处，场景中的物体的分辨率比较高，一小段面片，会对应着大量的pixel，而此时的shadowmap精度没有发生变化，所以就会有大量的pixel对应着shadowmap中的同一点，因而产生锯齿情况（当然使用PCF会略有好转）。

     MSDN上的这张图很能说明问题： 图14、单张shadowmap时的效果情况图      图中的方块中，颜色越深，表示shadowmap的利用情况越差。

可以看到，在camera近处，shadowmap的利用率低，最终产生了锯齿。

     另外一方面，对于较大的场景，如果使用一张shadowmap来记录整个场景的depth，就容易不够用，也容易导致锯齿。

3、对策      解决的方案参见下一段：CSM 十、CSM（CascadedShadowMap）      针对上面的问题，容易想到，既然一张不够，那么我们就多来几张。

这就是CSM的出发点。

那么场景就变成了这样： 图15、多张shadowmap时的效果情况图      同上面的图一样，图中的方块颜色越深，表示shadowmap的利用情况越差。

可以看到在使用多张shadowmap的情况下，效果明显提高了。

     CSM本身也是一个很大的话题，其中许多关键点也有多种实现方式，具体可以参考这里。

我这里由于懒的原因，只实现了最基本的CSM。

     下面来说明具体流程： 1、首先要将整个场景分割成多块      这里也主要有两种方法:      一种是FitToScene，他的特点是所有区块的近平面都是相同的，变化的是远平面。

见下图左。

     另一种是FitToCascade，他是普通的按照viewcamera的深度范围，将场景划分为若干块。

见下图右。

图15、FitToScene&&FitToCascade      显然FitToCascade对map的利用率更高，但是FitToScene也有好处，主要是用来解决闪烁问题（这里我并没有理解透彻，期望以后可以补全）。

2、对每个区块，进行正常的shadowmap截取      这一步和普通的shadowmap并没有什么不同，只是要针对每个区块进行一次，从而会得到多个shadowdepthmap。

每次截取，都需要记录截取时lightcamera的MVP矩阵。

3、在shader中，判断应该使用哪个shadowmap      由于每个区块划分的依据是深度，因此简单的做法是将顶点的深度与划分区块的深度进行比较，就可以知道归属了。

     另一种复杂的方法被称为Map-basedcascadeselection。

由于我本人理解有限，这里也不展开讲了。

4、选出shadowmap之后，按照普通的shadowmap方法进行深度比较和filtering      这一步与普通的shadowmap也是相同的。

同样可以使用shadowbias和pcf。

5、在普通的CSM流程之后，还可以进行CSM区块之间的blending等操作来改善效果     这一步可以说是对基本CSM的改进了，我这里的代码没有实现。

总体来说，就是针对两张shadowmap交接处的不匹配现象，通过blending来进行平滑过渡。

     以上就是CSM的基本流程，具体的代码可以参考范例的"4CSM"部分。

十一、范例      最后附上范例，地址：http://download.csdn.net/detail/ronintao/9569628。

该范例使用unity5.3.4编写，由于水平所限，仅仅实现了最基本的功能。

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对于阴影的制作有各种各样的办法，而shadowmap就是最典型生成阴影的一种方法，在Unity内部也是用shadowmap的变种**CSM(CascadedShadowmap)和SSSM(ScreenSpaceShadowmap)**的两种阴影。

在Unity内部如果目标平台不支持SSSM的话，它会转为CSM的阴影。

下面就简单说一下shadowmap的原理和实现过程。

shadow shadowMap简单回顾 qq_36091277的博客 05-16 104 编程指南:shadowMap示例连接 编程指南部分代码 获取gl变量 varcanvas=document.getElementById('webgl'); vargl=getWebGLContext(canvas); 获取Plane、Triangle顶点缓冲区,颜色缓冲区,索引缓冲区(数组转的) vartriangle=initVertexBuffersForTriangle(gl);//三角形 varplane=initVertexBuffersForPlane(gl); three.js聚光灯SpotLight使用，调整聚光灯颜色、位置、角度、强度、距离、衰减指数、方向、可见性、是否产生阴影属性(vue中使用three.js09) 点燃火柴的博客 09-11 1798 聚光灯SpotLight使用一、聚光灯介绍二、如何使用聚光灯1.创建聚光灯2.聚光灯的属性2.1颜色-color2.2是否可见-visible2.3角度-angle2.4强度-intensity2.5距离-distance2.6光照衰减指数-decay2.7照射面光影衰减百分比-penumbra2.8目标-target2.9是否产生阴影-castShadow2.10位置-position三、demo效果四、demo代码 一、聚光灯介绍 聚光灯是一个沿着特定方向方散发的光源，照射范围在三维空间中构成一个圆锥体 点光源阴影 m0_57980287的博客 06-23 143 文章目录点光源阴影(OmnidirectionalShadowMaps)摊牌原理实现显示立方体深度贴图副作用锯齿 点光源阴影(OmnidirectionalShadowMaps) 摊牌 由点光源产生的阴影，过去的名字是万向阴影贴图(OmnidirectionalShadowMaps) 点光源可以照射的方向是空间中的各个方向，因此他产生的阴影也是在空间中的各个方向 原理 先回顾一下阴影贴图中提到的绘制阴影的原理：首先在光源的视角下渲染场景，得到一张深度贴图，然后在摄像机的视角下再次渲染场景， 版本升级后ShadowMap内存骤增 UWA—简单优化，优化简单！ 09-03 242 这是第174篇UWA技术知识分享的推送。

今天我们继续为大家精选了若干和开发、优化相关的问题，建议阅读时间10分钟，认真读完必有收获。

UWA问答社区：answer.uwa4d.com UWAQQ群2：793972859（原群已满员） 本期目录： 版本升级后ShadowMap内存骤增 UGUI的Outline的替代方案 xLua对Obj的引用无法释放 坐标系转换 内存 Q：自从升级... shadowmap中的深入测试 coder 11-06 186 我发现shadowmap，如果正交投影，不论多少，都是同样的，只要在远切面内 如下图 如果是透视投影， 即使在远切面1000.0f内,投射投影，也不是说在1000以内就行，得是在100以内还行，阴影图会出现个小的物体，再小就看不见了， 下图是900的位置 下图是300的位置 下图是100的位置 下图是视点为10的位置 如果想出来效果，就要增加阴影图尺... 用shader创建shadowmap时出现了问题 03-23 如果有一个非常大的场景，场景中的街道上有一个人，这个人站在太阳下。

如果以太阳的视角创建shadowmap，那么人在这张shadowmap最多也就占1像素。

要是把这张shadowmap贴回场景，估计太阳下那个人的阴影可能会极度的不正常，就算提高shadowmap的分辨率也不是一个好的解决方案。

有没有解决这类问题的方法，谢谢！ shadowmapdepthbias yaorongzhen123的专栏 09-11 364 研究过shadowmapping技术的人应该都知道shadowmap会有一种叫self-shadowing（有的文章也叫shadowacne）的问题，如下图所示： 因为shadowmap的精度有限，当要渲染的fragment在lightspace中距Light很远的时候，就会有多个附近的fragement会sampershadowmap中同一个texel,但是即使这些frag... OpenGLES学习教程(十六)ShadowMap的理解 HelloCaptain 07-20 747 目前游戏上的阴影一般用ShadowMap实现。

我一直在学习LearnOpenGL上的文章，ShadowMap这一篇，说实话我两年前就开始看了，一直没明白，或者说没有认真花时间去看。

最近在给lives2d堆功能，终于也到了阴影的实现。

LearnOpenGL上ShadowMap教程地址： http://learnopengl-cn.readthedocs.io/zh/latest/05%2... 全局光照算法：reflectiveshadowmaps 最新发布 JMXIN422的博客 02-26 132 1.技术理解 RSM的全称是reflectiveshadowmaps，受到InstantRadiosity这个离线技术的启发，其思想和ShadowMap的思想近似。

在正式介绍和了解这个技术之前，我需要确定RSM用处何在？我想，《RTR4》中对它的分类很正确——DynamicDiffuseGlobalIllumination，这是一个处理动态全局漫反射的技术： GI（全局光照）：用于二次及以上bounce造成的间接光。

Dynamic（动态）：可以实时更新，可作用于动态物体。

Diffuse（ 使用shadowmap实现软阴影效果 痞子龙3D编程 07-23 3502 在实时阴影渲染中shadowmap是一种颇具潜力的算法，相比shadowvolume算法具有实现简单、适应范围广的优点，而且shadowmap是基于图像的算法，在实现软阴影上具有先天优势，下面我们就来看看如何用shadowmap实现软阴影效果。

通常的shadowmap算法产生的 LearnOpenGL笔记6.4PointShadows（点光源阴影贴图） u013617851的博客 01-05 227 我们学习了使用阴影贴图创建动态阴影。

但它主要适用于定向（或聚光）灯，因为阴影仅在光源方向上生成。

因此，它也被称为directionalshadowmapping定向阴影贴图，因为深度（或阴影）贴图仅从光所看到的方向生成。

本章将重点关注的是在所有周围方向上动态阴影的生成。

我们使用的技术非常适合点光源，因为真正的点光源会向各个方向投射阴影。

这种技术被称为点（光）阴影或更早以前称为omnidirectionalshadowmaps全向阴影贴图。

directionalshadowmappi three中shadow的常用参数 qq_38694034的博客 04-04 1007 当我们投射阴影的时候如果想调节阴影的清晰度：可以将shadow.mapSize设置为更大的值：  light.shadow.map.width=light.shadow.map.height=1024  // 还可以选的值128,256，512，2048等当我们投射阴影的时候如果想调节阴影的大小：可以设置shadow.camera的参数：vard=50;light.s... ShadowMap基本原理 l364244206的专栏 07-23 528 unity的阴影实现方式是采用Shdowmap技术，但是一直不知道其中的原理。

它的原理并不复杂，假设有一个摄像机在灯光的位置，从灯光的位置往物体看，这时候会有一张光源空间的深度信息图，这就是ShadowMap。

凡是物体的深度值大于ShadowMap上的深度值的都是被遮挡的部分，表示处于阴影中。

所需知识点： 1.模型空间到屏幕空间的变换过程http://www.idivecat.co... “相关推荐”对你有帮助么？ 非常没帮助 没帮助 一般 有帮助 非常有帮助 提交 ©️2022CSDN 皮肤主题：大白 设计师：CSDN官方博客 返回首页 ronintao CSDN认证博客专家 CSDN认证企业博客 码龄14年 暂无认证 27 原创 21万+ 周排名 174万+ 总排名 23万+ 访问 等级 1840 积分 223 粉丝 107 获赞 60 评论 236 收藏 私信 关注 热门文章 Unity中的旋转 52607 ShadowMap原理和改进 42142 Unity中的坐标系 26905 【OpenGL】02-OpenGL中的坐标系 16337 【cocos2D-x学习】9.音乐炫台——音效与特效 9178 分类专栏 cocos2D-x 16篇 C/C++ 4篇 Android OpenGL 3篇 Unity 4篇 C# 1篇 渲染 最新评论 Unity中的坐标系 夏日蛙鸣: 好文章，收益匪浅啊，不愧是大佬~ ShadowMap原理和改进 大A气氛组: 感谢大佬，受益匪浅 ShadowMap原理和改进 william607: 感谢作者，有一些图缺了，可以麻烦再补一下吗 ShadowMap原理和改进 weixin_46269678: 基于斜度的偏移主要是解决极端角度下，比如光线接近平行表面时产生的shadowacne ShadowMap原理和改进 Qiu.D: 对，我也是，锯齿更加严重了 您愿意向朋友推荐“博客详情页”吗？ 强烈不推荐 不推荐 一般般 推荐 强烈推荐 提交 最新文章 C#中运算符重载的几点注意 凹凸材质：从BumpMap到ReliefMap Unity中的旋转 2017年1篇 2016年4篇 2014年2篇 2013年23篇 目录 目录 分类专栏 cocos2D-x 16篇 C/C++ 4篇 Android OpenGL 3篇 Unity 4篇 C# 1篇 渲染 目录 打赏作者 ronintao 你的鼓励将是我创作的最大动力 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20 输入1-500的整数 余额支付 (余额：--) 扫码支付 扫码支付：¥2 获取中 扫码支付 您的余额不足，请更换扫码支付或充值 打赏作者 实付元 使用余额支付 点击重新获取 扫码支付 钱包余额 0 抵扣说明： 1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。

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