CSM阴影算法

大场景的阴影算法一直以来是个比较麻烦的问题，一般来说都是使用级联阴影算法，将视锥体进行从近到远的划分，整个场景的物体可以更均匀的分布在几张ShadowMap上，但可以明显看出这种情况视角平视才可以，如果视角俯视，那么算法打很大折扣。

 

 

ShadowMap和阴影体是常见的两种实时阴影算法，阴影体由于需要模型是流型等严格要求其实也较少用，反而都用在体积光等渲染技术上，所以一般来说实时阴影用ShadowMap的居多。实时阴影技术一书中对各种阴影技术都总结的很全面，里面介绍了ShadowMap的各种变种技术，如级联阴影，光源空间阴影算法等，PCF，VSM各种等，之前也试验了其中不少方法，就我个人的经验总结如下：

阴影边缘的过滤最普通的是PCF方法，但会对阴影边缘有一些模糊，如果要比较好的模糊效果，可以Jitter采样多次，模糊的效果较好，有种环境光情况下，阴影边缘模糊的样子，可以参考Unigine引擎，但多次采样特别是在移动端损失效率。类似的在阴影边缘做文章的例子可以参考英伟达SDK,D3DSDK等，像啥HARD，PCSS等算法，在像素着色器中使用了DXDY等高级函数。感觉这方面的例子挺多的，效果也不错，但性能堪忧啊，用这种方法渲染场景中少量物体还行。

PeterPaning偏移是另一个问题，但只要在Z方向压紧光源包围盒问题则不大。

VSM使用概论不等式方法，得到边缘较清楚，需要使用32位浮点精度，在移动端的16位浮点精度下，效果很差。

LiPSM光源空间阴影算法，是书中介绍的阴影包装算法中比较典型的一种，这类算法都是想办法从物体空间到光源空间的变换上做文章，以此高效利用ShadowMap。LiPSM光源空间阴影算法在光源是视角平行时则表现同标准的ShadowMap算法，不理想。

还有就是多张ShadowMap了，有CSM，PSSM等，但大体意思一样，目前发表的各种论文，很多都是在分析怎样切分视锥体，这个其实在GPU精粹3的一篇文章中已经介绍很清楚了，分析了特殊视角下精度的问题，但在实践中发现大概符合近处距离小的原则就可以了，没必要搞那么严格，特别是场景视角在不停变化，一般论文也都像GPU精粹3中一样只是分析了特殊视角下精度问题，对任意视角完全没有考虑到，个人感觉从数学理论上也很难分析清楚了。这个算法存在的特点和问题前面已经介绍了，在此不赘言了。

http://www.klayge.org/2013/05/07/%E5%A4%A7%E8%8C%83%E5%9B%B4shadow-map%EF%BC%88%E4%BA%8C%EF%BC%89%EF%BC%9Asdsm/

以上这个链接中介绍的龚大的SDSM阴影算法，预先算一遍场景深度，在这个深度范围内进行切分，避免了无效的视锥体对应的ShadowMap，算是对原有算法的一种改进，但如果场景范围已知，比如场景中都是大型地面上各种建筑物，则在CPU端直接可以严格的计算出包围盒大小，压紧视锥体Z值，不仅可以用于ShadowMap切分，更可以缓解ZFighting现象。这种算法依然同之前CSM算法一样在处理俯视大场景问题中的缺陷一样。