周笔记（9/52）

Shadow Mapping

要点

1. 整体而言，先从光源的视角渲染一个深度贴图，然后在第二个pass里，用这个深度贴图作为对比，来决定渲染阴影的地方。
   
   • 这个以光源为视角的view matrix来选择合适的proj matrix
     
     • 正交投影(orthographic projection)：可用于平行光
     • 透视投影：可用于点光源
   • 这个中间的深度贴图的 Format 设置为 R24G8_TYPELESS，因为会先后绑定为D24S8（渲染深度图）和R24X8（在PS中作为source）。
   • 在处理多个RenderTarget的时候，总是可以通过申请多个RenderTarget，然后通过绑定新的来解除旧的
   • 只需设置depthstencil target，无需设置 render target。这会有优化。
   • 手动对视锥之外的物体进行剔除
2. 投影纹理坐标：如何为每个像素指定一个纹理坐标，从而使他看上去就像是被投影在一个物体上一样？
   
   • 先把点p投影到光线的投影窗口，转换到NDC空间
   • 然后把投影后的坐标从NDC空间转换到纹理空间，从而变换为纹理坐标
3. 偏置(biasing)和走样(aliasing)
   
   • 阴影斑(shadow acne)
     
     • 由于shadowmap只是光源视角的离散的深度采样，无法精确满足摄像机视角的所有像素的深度比较。会导致非阴影位置出现阶梯条纹。
     • 根据法线角度可知深度图和渲染时的最大误差，设置误差上限，可以减轻这种走样。 (peter-panning)但是误差上限如果太大，阴影就会明显偏移根部。但是在法线和光源几乎垂直的时候，误差上限需要比较大。现在图形卡对这件事有了专门的支持——根据坡度缩放偏置（slope-scaled-bias）的光栅阶段的属性：
     • D3D11_RASTERIZER_DESC
       
       • DepthBias：一个固定的偏移
       • DepthBiasClamp：最大偏移钳位值
       • SlopScaledDepthBias：根据光源透视下的斜率，控制深度偏移
       • 注：如果深度缓存是UNORM格式或者没有深度缓存，那么偏移值为：(float)DepthBias * r + SlopeScaledDepthBias * MaxDepthSlope，其中r为深度缓存的格式的误差限。
         问题：上边的MaxDepthSlope在哪里定义的？
   • PCF滤波（percentage closer filtering）
     
     • shadow map 的采样，并非是双线性插值，对四个点的深度值进行平均显然不对，同样，mipmap也会产生错误的结果。应当对结果进行插值，而非深度值——亦即PCF滤波：对分辨率下的相邻四个点进行采样并计算阴影，然后将结果进行插值。
     • DX11新增：SampleCmpLevelZero
       
       • 只读取第一级mipmap，且自动做一个4-tap的双线性插值的PCF
       • Filter = COMPARISON_MIN_MAG_LINEAR_MIP_POINT
       • Format = R32_FLOAT_X8X24_TYPELESS/R32_FLOAT/R24_UNORM_X8_TYPELESS/R16_UNORM
     • 使用多个PCF可以将4-tap提升到更大，但太大的话会重新造成阴影漂移
     • 采样是比较贵的，可以通过只在阴影边缘采样来提高效率。
     • 不需要一定是方形的滤波
     • 注意对于前边介绍的曲面细分阶段，生成shadowmap的时候，在light的视角所做的细分要和摄像机视角时的一样。不过如果不是偏移很大的话也可以省略。精确度换速度。
   • PCF滤波在采样增多时的问题
     
     • 采样的边长增大时，因为采样点未必是在同一直线上，所以会引起错误的结果——导致本来在阴影里的点，结果判定只有部分在阴影里，亦即阴影漂移
     • 通过计算x和y方向的导数（斜率），从而计算在 z+delta_z 处的深度值，来解决上述漂移问题