xuezc's home

首页

0%

实时阴影

发表于 更新于 分类于
ShadowMap, PCF,PCSS解释

Shadow Mapping

Shadow Mapping是上古时期提出的阴影计算的方式.
不过多介绍,LearnOpengl中提到的阴影.

代码连接

PCF

percentage-closer filtering

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
float shadow = 0.0;
vec2 texelSize = 1.0 / textureSize(shadowMap, 0);
for(int x = -1; x <= 1; ++x)
{
    for(int y = -1; y <= 1; ++y)
    {
        float pcfDepth = texture(shadowMap, projCoords.xy + vec2(x, y) * texelSize).r; 
        shadow += currentDepth - bias > pcfDepth  ? 1.0 : 0.0;        
    }    
}
shadow /= 9.0;

PCF的滤波半径决定了阴影边缘的柔和程度，一般来说滤波半径越大则柔和，相反阴影边缘越锐利.
由此启发了PCSS（Percentage Close Soft Shadow）软阴影算法的核心原理，对于那些我们需要实现软阴影的边缘用更大的滤波半径进行滤波，而对于那些不需要太过柔和阴影边缘的地方，则采用更小的滤波半径，这是一种自适应滤波半径的机制。

PCSS

PCSS的全称是Percentage Closer Soft Shadows，其灵感来源于PCF。从PCF的结果可以看出，我们在减少阴影锯齿的同时，产生了一种软阴影的效果。实际上在现实生活中，由于绝大部分的光源是面光源，我们见到的更多都是软阴影.
PCSS的本质，概括起来就是自适应PCF滤波半径的阴影贴图算法。其关键核心在于如何制定自适应滤波半径的机制。

step1

Blocker search: find the average blocker depth
个人理解:随机生成采样点,通过光源等确定一个滤波器大小.对这些点进行采样,然后平均.如果都在阴影,则返回0,如果都不在阴影就是1(没有阴影).其实就是看看是否在半影(Penumbra)内.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
 poissonDiskSamples(projCoords.xy); //sampled from poisson distribution

float sampleStride = u_LightSize/2.5; 
float dBlocker = 0.0;
float sampleSize = 1.0 / u_TextureSize * sampleStride;
int blockerNumSample = BLOCKER_SEARCH_NUM_SAMPLES;

float border = sampleStride / u_TextureSize;
// just cut out the no padding area according to the sarched area size
if (projCoords.x <= border || projCoords.x >= 0.99f - border) {
	return 1.0;
}
if (projCoords.y <= border || projCoords.y >= 0.99f - border) {
	return 1.0;
}

int count = 0;
for (int i = 0; i < blockerNumSample; ++i) {
	vec2 sampleCoord = poissonDisk[i] * sampleSize + projCoords.xy;
	float closestDepth = texture(u_DepthMap, sampleCoord).r;
	//Only compute average depth of blocker! not the average of the whole filter's area!
	if (closestDepth < currentDepth) {
		dBlocker += closestDepth;
		count++;
	}
}

step2 Penumbra estimation

估计半影大小,已确定最后滤波大小

1
2
3
4
5
6
7
8
9
// estimation the filter size to control the softness

poissonDiskSamples(projCoords.xy); // sampled from poisson distribution

float lightWidth = u_LightSize/2.5;
float wPenumbra = (currentDepth - dBlocker) * lightWidth / dBlocker;

float filterStride = 5.0;
float filterSize = 1.0 / u_TextureSize * filterStride * wPenumbra;

step3 Percentage Closer Filtering (PCF)

VSM

方差阴影映射（Variance Shadow Maps)
vsm 使用二阶距来判断深度差,由于使用Chebyshev,会出现light leaking光泄漏问题.就是因为维度不够,所以Moment Shadow Maps使用更高阶可以避免.

Chebyshev’s Inequality

e.g.

单边切比雪夫不等式

e.g. e.g.

SAVSM

Summed Area Variance Shadow Maps
vsm直接使用了一个像素的depth和depth*depth,或者在加上blur..而savsm便是算真正的算积分.
SA见Summed Area Tables文章.
改进的也有在savsm上使用pcss的方法,也就是Penumbra.