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Shadow Map :用于生成阴影

如果要了解shadow map，最好的办法就是去看dx的demo 。其算法大意如下：

运用渲染到纹理方法(render to target)，以场景中的光源为坐标原点，建立光源坐标系，从而可以得到相对于光源的场景深度信息，将其保存在render target上(一般是R32F的surface)，之所以选择R32F是考虑到场景的精度问题。这里的R32F就是我们所说的Shadow Map 了，其保存着相对于光源的场景深度信息。

接下来，运用系统默认的render target ，启用depth buffer，将场景中的物体(用世界坐标表示)转化到以光源为基准的投影坐标中，这个变化是这样的：世界坐标--〉物体坐标--〉光源坐标--〉光源视坐标--〉光源投影坐标 。然后比较深度，此时在pixel shader里，深度小于shadow map里相对点深度的，就是光源照到的地方(值为1)，否则就是在阴影区(值为0)。注意这里比较深度值时，要将坐标转换到窗口坐标，毕竟shadow map是作为render target产生的。这样值为1的地方就输出颜色，而为0的地方就直接输出黑色了，就是阴影。

优点和缺点：

优点：不用想volume shadow那样去计算场景几何物体的形状，对于复杂场景只需要产生一张map。

缺点：阴影有锯齿，究其原因在于比较深度时，只有0和1 的输出，这样在阴影边缘就会有1和0的交替出现，从而产生锯齿。这也成为图形领域研究的热点。

 

PCF(Percentage Closer Filter ) :处理运用Shadow Map产生的阴影锯齿。

大致意思： 就是将深度比较产生的0和1的值放到一个render target里，然后对其进行过滤，这样阴影边缘区域就会出现0.2,0.5....等的灰度值，从而产生了soft shadow。 但是这种过滤方法消耗时间，特别是采样数目比较大的时候。后来简化成横向过滤和纵向过滤，从而减少采样数目。

 

CSM(convolution shadow map): 卷积shadow map。此方法是运用基于阴影重建，因为深度测试要么为0，要么为1 ，从而可以构造出一个x坐标为[-1,1]，y坐标为[0,1]的函数，对此函数进行fft变换，运用基准函数(sin和cos)来重新构建Shadow Map 。 此方法占用内存比较多，需要多个render target。

 

VSM(variance shadow map):方差shadow map。此方法运用了切尔雪夫不等式，通过shadow map中每个象素的深度值期望和方差来计算灰度值。这是一种估计方法。注意这里的深度值期望是对shadow map进行过滤(横向和纵向)后，得到的深度值。还有这里的shadow map里是两个通道，一个保存深度值，另一个保存深度值的平方。所以过滤后，深度值的期望和深度值平方的期望都能得到了。这样就便于求方差，从而利用切尔雪夫不等式来求每个象素的值。深度值小于期望的，就是光源照到的地方，深度值大于期望的，就是阴影区。

优点：无需多个render target，一个就行。同时效果还不错。

缺点：当多个阴影重合时就出现"light bleeding"。这种artifact也是由于切尔雪夫不等式所引起的。所以以后就有了layers variance shadow map 来解决"light bleeding"

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