07 Shadows

Shadows (阴影)

核心纲要

阴影是实时渲染中提升真实感和空间感的关键技术。本章的核心在于探讨两大类主流的动态阴影生成算法：阴影体 (Shadow Volumes) 和 阴影贴图 (Shadow Mapping)，并深入分析各自的原理、优缺点以及在实践中的优化方案。

关键术语:

• 遮挡物 (Occluder): 投射阴影的物体。
• 接收物 (Receiver): 接收阴影的物体。
• 硬阴影 (Hard Shadow): 由点光源产生，边缘锐利，只有完全阴影的本影 (Umbra) 区域。
• 软阴影 (Soft Shadow): 由面光源或体积光源产生，边缘模糊，包含完全阴影的本影 (Umbra) 和部分阴影的半影 (Penumbra) 区域。
• 重要认知: 一个不那么精确的阴影通常远胜于完全没有阴影。此外，真实的软阴影其模糊程度与遮挡物和接收物的距离相关：距离越近，阴影越锐利。

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一、 平面阴影 (Planar Shadows)

这是最简单的阴影情况，即物体在单个平面（如地面）上投射阴影。

1.1 投影阴影 (Projective Shadows)

• 核心思想: 通过一个特殊的投影矩阵，将遮挡物体的顶点“压扁”或“投影”到接收平面上，然后将这个被压扁的黑色几何体绘制出来，形成阴影。
• 实现方式:
  1. 计算一个投影矩阵 $\mathbf{M}$，该矩阵可以将任意顶点 $\mathbf{v}$ 从光源 $\mathbf{l}$ 的位置投影到平面 $\pi$ 上。
  2. 对于一个由法线 $\mathbf{n}$ 和距离 $d$ 定义的平面 $\pi :\mathbf{n}\cdot x+d=0$，其通用投影矩阵为： $$\mathbf{M}=\left(\begin{array}{cccc}\mathbf{n}\cdot \mathbf{l}+d-l_x{n}_x& -l_x{n}_y& -l_x{n}_z& -l_{x}d\\ -l_y{n}_x& \mathbf{n}\cdot \mathbf{l}+d-l_y{n}_y& -l_y{n}_z& -l_{y}d\\ -l_z{n}_x& -l_z{n}_y& \mathbf{n}\cdot \mathbf{l}+d-l_z{n}_z& -l_{z}d\\ -n_x& -n_y& -n_z& \mathbf{n}\cdot \mathbf{l}\end{array}\right)$$
• 常见问题与解决方案:
  • Z-Fighting (深度冲突): 投影后的阴影和接收平面深度值极其接近，导致闪烁。可通过微调投影平面或在绘制阴影时关闭深度写入来解决。
  • 阴影溢出: 阴影超出了有限接收平面（如一块地毯）的边界。可使用模板缓冲区 (Stencil Buffer) 作为遮罩，限制阴影的绘制范围。
  • 反阴影 (Antishadow): 当光源低于遮挡物时，投影会“翻转”到另一侧，形成错误的阴影。需要进行逻辑判断，避免这种情况。

1.2 平面软阴影 (Soft Shadows on a Plane)

• 核心思想: 模拟面光源的效果来产生柔和的阴影边缘。
• 方法1: 累积法 (Accumulation)
  • 在面光源表面上采样多个点光源。
  • 为每个点光源生成一次硬阴影（投影阴影）。
  • 将所有硬阴影的结果累积并平均，得到一张带有半影的软阴影图像。
  • 缺点: 计算开销巨大（pass数量 = 采样点数量），通常只用作生成高质量参考图。
• 方法2: 近似法 (Approximation)
  • 卷积/模糊: 生成单次硬阴影，然后对其图像进行高斯模糊处理。
  • 优点: 效率高。
  • 缺点: 模糊是均匀的，无法模拟出接触点处清晰、远处模糊的真实物理效果。
  • 改进: 一些算法会沿着阴影轮廓生成渐变，模拟半影，效果比纯模糊好，但物理上仍不精确。

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二、 曲面上的阴影 (Shadows on Curved Surfaces)

将平面阴影的思想扩展到任意曲面。

• 核心技术: 投影纹理 (Projective Texturing)
  • 原理: 将光源想象成一个投影仪，将阴影想象成一张幻灯片。
  1. 从光源的视角渲染场景，生成一张黑白纹理（遮挡物为黑，其他为白）。
  2. 将这张纹理像放电影一样，从光源位置投射到场景中的接收物上。
  • 优点: 简单，能将阴影投射到任意形状的表面。
  • 重大缺陷:
    • 无法自阴影 (Self-Shadowing): 物体无法对自己投射阴影。
    • 需要手动区分: 必须明确指定谁是遮挡物，谁是接收物。
    • 反阴影问题: 同样存在反阴影问题。

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三、 阴影体 (Shadow Volumes)

一种基于几何的精确阴影算法。

• 核心思想:
  • 为每个遮挡物构建一个封闭的、从其轮廓边延伸至无穷远的几何体，这个几何体就是阴影体 (Shadow Volume)。
  • 判断一个点是否在阴影中，就看它是否位于阴影体内部。
• 基于模板缓冲区的实现 (Stencil Buffer Trick):
  1. Pass 1 (Z-prepass): 正常渲染场景，写入深度缓冲区。
  2. Pass 2 (计数Pass):
     • 关闭颜色和深度写入，只开启模板操作。
     • 渲染阴影体的正面：若深度测试通过，则模板值+1。
     • 渲染阴影体的背面：若深度测试通过，则模板值-1。
  3. Pass 3 (光照Pass):
     • 正常渲染场景的光照。
     • 只在模板值为0（表示视线进出阴影体次数相等，即在阴影外）的像素上进行光照计算。
• 优点:
  • 像素级精确: 能产生极其锐利、无锯齿的硬阴影边缘。
  • 分辨率无关: 阴影质量不依赖于任何贴图的分辨率。
• 致命缺点:
  • 填充率噩梦: 阴影体本身是巨大的几何体，可能会覆盖整个屏幕，导致极高的过度绘制 (Overdraw)。
  • 性能极不稳定: 算法开销严重依赖于相机和光源的相对位置。当相机进入阴影区域时，性能会急剧下降，这对于要求稳定帧率的应用是不可接受的。因此，现代应用已很少使用该技术。

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四、 阴影贴图 (Shadow Mapping)

目前实时渲染中最主流、最常用的阴影技术，是一种基于图像的算法。

• 核心思想: 深度比较。如果一个点能被光源看见，它就是亮的；如果被其他物体挡住了，它就在阴影里。
• 实现流程:
  1. Pass 1 (Light's View):
     • 将摄像机移动到光源位置，朝光源方向“看”。
     • 渲染一遍所有遮挡物 (Shadow Caster)，但不写入颜色，只将每个像素的深度值存入一张纹理中。这张深度纹理就是阴影贴图 (Shadow Map)。
  2. Pass 2 (Camera's View):
     • 从玩家相机的视角正常渲染场景。
     • 在为每个像素着色时，将其坐标转换到光源的裁剪空间。
     • 用这个坐标去阴影贴图中采样，得到一个深度值 $D_{map}$（光源能看到的最浅深度）。
     • 比较该像素自身的深度值 $D_{current}$ 和 $D_{map}$。
     • 如果 $D_{current}>D_{map}$，说明该点比能被光源直接看到的点更远，因此它在阴影中。
• 优点:
  • 性能可预测且稳定: 算法开销相对固定，与几何体的屏幕覆盖面积无关。
  • GPU友好: 整个过程能很好地利用现代GPU的并行处理能力。
  • 通用性强: 可以产生自阴影，且不需要区分遮挡物和接收物。

4.1 阴影贴图的常见问题与解决方案

阴影贴图技术的核心挑战在于处理由分辨率和精度限制引发的各种瑕疵。

• 问题1: 阴影锯齿 (Shadow Aliasing)
  • 原因: 阴影贴图分辨率有限，一个纹素(texel)可能对应屏幕上的多个像素，导致阴影边缘呈块状。
  • 分类:
    • 透视走样 (Perspective Aliasing): 近处的像素需要高分辨率，但标准阴影贴图的采样率是均匀的。
    • 投影走样 (Projective Aliasing): 当光线以掠射角度照射表面时，一个纹素会在表面上拉伸得很长。
• 问题2: 表面痤疮 (Surface Acne) / 自阴影错误
  • 原因: 由于数值精度问题，表面上的一个点在进行深度比较时，可能会被误判为在自己投下的阴影之下。
  • 解决方案:
    • 深度偏移 (Depth Bias): 在深度比较时，给当前像素的深度值减去一个微小的偏移量。
    • 斜率修正偏移 (Slope-Scale Bias): 根据表面相对于光源的坡度动态调整偏移量，坡度越大（与光线越平行），偏移越大。
    • 法线偏移 (Normal Offset Bias): 将待测点沿着表面法线方向移开一小段距离。
  • 偏移的副作用: 漏光 (Light Leaking) 或 Peter Panning (物体看起来像浮在地面上)，因为过大的偏移使本应接触的阴影分开了。

4.2 阴影贴图分辨率增强技术

核心目标是让有限的阴影贴图分辨率用在“刀刃上”，即在视觉上更重要的区域（通常是靠近摄像机的地方）提供更高的采样率。

• 方法1: 透视变形 (Perspective Warping) - (现已不常用)

  • 代表算法: LiSPSM, PSM, TSM。
  • 思想: 通过修改光源的投影矩阵，使其“扭曲变形”，将更多的阴影贴图纹素集中到靠近摄像机的区域。
  • 缺点: 在某些视角下（如光源正对摄像机，即“视锥决斗 Dueling Frusta”）效果很差，且在移动时阴影质量不稳定。

• 方法2: 级联阴影贴图 (Cascaded Shadow Maps, CSM) - (当前业界标准方案)

  • 核心思想: 分而治之。
  • 实现:
    1. 将摄像机的视锥体沿深度方向分割成多个层级 (Cascade)，如近、中、远三个区域。
    2. 为每个层级单独生成一张大小合适、紧密包裹该区域的阴影贴图。
    3. 近处的层级覆盖范围小，因此其阴影贴图能提供非常高的有效分辨率；远处的层级覆盖范围大，分辨率相应较低，但这在视觉上是可接受的。
  • 优点:
    • 极大提升阴影质量: 在不显著增加总显存消耗的情况下，显著改善了近处阴影的细节。
    • 鲁棒性强: 在各种视角下都表现良好，解决了“视锥决斗”问题。
  • CSM的优化与实践:
    • 动态Z划分: 根据上一帧的深度信息动态计算最优的分割距离（如 SDSM），避免在没有物体的空旷区域浪费分辨率。
    • 层级间平滑过渡: 在层级边界进行混合 (blending) 或抖动 (dithering)，避免出现明显的阴影质量跳变线。
    • 性能优化: 对远处的层级可以降低更新频率、使用简化的LOD模型作为遮挡物，甚至完全使用静态预烘焙的阴影。

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总结

技术类型	核心原理	优点	缺点	现代应用场景
投影阴影	几何投影	简单、快速	只能用于平面，无法自阴影	特定简单场景、移动端游戏中的小点缀
阴影体	几何体构建与计数	边缘完美锐利、无锯齿	性能极不稳定、填充率开销大	已基本被淘汰，仅具学术和历史价值
阴影贴图	图像空间深度比较	性能稳定可预测、GPU友好、通用性强	存在锯齿和精度问题	业界绝对主流
CSM	分割视锥体，多张阴影贴图	极大提升阴影质量、鲁棒	实现相对复杂，开销比单张贴图高	几乎所有需要大场景动态阴影的游戏和应用的标准方案

五、百分比接近滤波 (Percentage-Closer Filtering, PCF)

PCF 是从标准阴影贴图（硬阴影）迈向软阴影的第一步，也是最基础的技术。

• 核心思想: “软化”来源于结果的平均，而非深度的平均。标准的阴影贴图在采样时，是先取出一个深度值，然后与当前像素深度比较。而PCF则是在当前像素周围的一小片区域（称为滤波核 Filter Kernel）内采集多个深度样本，对每个样本都独立进行深度比较，最后将所有比较结果（0代表阴影，1代表光照）进行平均，得到一个0到1之间的平滑过渡值。

  • 这个最终值，就代表了该点被照亮的“百分比”，从而在阴影边缘形成柔和的半影。

• 物理类比: 真实世界中，一个点能看到多大面积的光源，决定了它的亮度。PCF 反转了这个过程：一个点光源能照亮多大比例的邻近区域，决定了该点的亮度。

• 采样策略与瑕疵:

  • 规则网格采样: 如果采样点呈规则的 4x4 网格分布，会导致阴影边缘出现明显的条纹或网格状瑕疵。
  • 泊松盘采样 (Poisson Disk Sampling): 使用一种非规则但分布均匀的采样模式，可以打破规则性。
  • 旋转泊松盘: 为了进一步消除瑕疵，可以为每个屏幕像素随机旋转这个泊松盘采样模式。这会将原本结构化的瑕疵转化为更自然的噪点，视觉上更易接受。

• PCF 的问题:

  1. 加剧的自阴影问题: 由于采样范围扩大，原有的“表面痤疮”和“Peter Panning”问题会变得更加严重。需要更复杂的偏移技术来解决，例如：
     • 偏移锥 (Bias Cone): 距离中心样本越远的采样点，施加的深度偏移越大。
     • 接收物平面深度偏移 (Receiver Plane Depth Bias): 假设邻近的采样点都位于当前像素所在三角形的平面上，以此来校正它们的深度。这在凸表面上效果很好。
  2. 恒定的半影宽度: PCF 的最大局限性。无论物体距离地面多远，它产生的阴影模糊程度都是一样的。这不符合物理规律（真实的阴影在接触点处锐利，悬空处模糊）。

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六、百分比接近软阴影 (Percentage-Closer Soft Shadows, PCSS)

PCSS 是 PCF 的一个重要演进，其目标是模拟出宽度可变的、更符合物理的软阴影。

• 核心思想: 动态调整PCF的滤波核大小。阴影的模糊程度（半影宽度）应该与遮挡物和接收物之间的距离成正比。距离越远，阴影越模糊。

• 实现三步曲:

  1. 遮挡物搜索 (Blocker Search):

     • 在阴影贴图上，以当前着色点为中心的一块较大区域内进行采样。
     • 找出所有深度值小于当前接收物深度的样本（这些就是遮挡物）。
     • 计算这些遮挡物样本的平均深度 $d_o$。这是整个算法中最耗性能的一步。

  2. 半影宽度估算 (Penumbra Estimation):

     • 根据遮挡物的平均深度 $d_o$、接收物深度 $d_r$ 以及光源大小 $w_{light}$，计算出物理上正确的半影宽度，这个宽度将作为PCF的滤波核大小 $w_{sample}$。
     • 关键公式： $$w_{\text{sample }}=w_{\text{light }}\frac{d_r-d_o}{d_o}$$
     • 直观理解: $d_r-d_o$ 代表了接收物与遮挡物的平均距离。这个距离越大，计算出的 $w_{sample}$ 就越大，阴影也就越模糊。

  3. 执行PCF:

     • 使用上一步计算出的动态滤波核大小 $w_{sample}$，执行一次标准的PCF过程。

• PCSS 的优化与现代实践:

  • 接触硬化阴影 (Contact Hardening Shadows, CHS): 这是业界广泛采用的PCSS高效实现。它巧妙地利用了Mipmap技术：
    • 遮挡物搜索在低分辨率的Mipmap层级上进行，大幅提升搜索效率。
    • 最终的PCF则根据计算出的半影宽度，在合适的Mipmap层级上进行（锐利阴影用高分辨率层，模糊阴影用低分辨率层），从而在性能和质量之间取得极佳平衡。
  • 分层最小/最大阴影贴图 (Hierarchical Min/Max Shadow Map / HiZ): 预先为阴影贴图生成包含最小和最大深度值的Mipmap。这可以用来快速剔除完全被照亮或完全在阴影中的区域，避免执行昂贵的PCSS计算。

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七、可过滤阴影贴图 (Filtered Shadow Maps)

这是一类与PCF/PCSS思路完全不同的技术，它旨在利用GPU强大的硬件纹理过滤能力来极速生成软阴影。

• 核心思想: 不在着色器中进行多次采样，而是在生成阴影贴图时就存入一些特殊（统计学）信息，使得这张贴图可以像普通纹理一样被直接进行双线性过滤或生成Mipmap，从而用单次硬件采样就能得到平滑的阴影边缘。

7.1 方差阴影贴图 (Variance Shadow Maps, VSM)

• 实现原理:
  • 生成阴影贴图时，同时存储两个值：深度 ($M_1$) 和 深度的平方 ($M_2$)。这两个值被称为一阶矩 (first moment) 和 二阶矩 (second moment)。
  • 通过这两个矩，可以计算出某个区域内深度的均值 ($M_1$) 和方差 (${\sigma }^2=M_2-M_1^2$)。
  • 利用概率论中的切比雪夫不等式 (Chebyshev's inequality)，根据均值和方差来估算一个点被照亮的概率上限 $p_{\max }$。 $$p_{\max }(t)=\frac{{\sigma }^2}{{\sigma }^2+{\left(t-M_1\right)}^2}$$
• 优点:
  • 极高的性能: 可以获得非常平滑的软阴影，而每个像素理论上只需一次纹理采样。
  • 硬件加速: 完美利用GPU的纹理过滤硬件，可以任意程度地软化阴影而不增加额外开销。
• 致命缺点:
  • 漏光 (Light Leaking): 切比雪夫不等式只是一个概率上限，不是精确解。当多个不同深度的遮挡物重叠时（例如栅栏和它后面的墙），该估算会严重失效，导致本应在阴影中的区域“漏光”，出现错误的亮斑。

7.2 指数阴影贴图 (Exponential Shadow Maps, ESM)

• 核心思想: VSM的改进版，旨在解决其严重的漏光问题。
• 实现原理: 不再存储深度和深度的平方，而是存储深度的指数函数值 (例如 $e^{c\cdot depth}$)。这个指数函数比线性深度值更接近于阴影测试时的阶跃函数（0或1的突变）。
• 结果:
  • 显著减少漏光: 相比VSM，ESM能生成更准确的阴影，漏光问题大为改善。
  • 数值精度问题: 指数值可能非常大，容易超出浮点数的表示范围，需要小心处理。
• 后续发展: 矩阴影映射 (Moment Shadow Mapping, MSM) 等技术使用更高阶的矩（存储更多数据）来进一步提高精度，换取更高的存储开销。

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总结与对比

技术	核心思路	阴影质量	性能开销	主要弱点	适用场景
PCF	对多个测试结果进行平均	伪软阴影，半影宽度恒定	中等，与采样数量成正比	物理不正确，恒定模糊	性能要求较高，对阴影质量要求不苛刻的场景
PCSS	动态调整PCF的滤波核大小	物理上更可信，半影宽度可变	较高，遮挡物搜索是瓶颈	算法复杂，性能开销大	追求高质量动态软阴影的3A游戏和应用（通常使用CHS优化）
VSM/ESM	预计算统计信息，利用硬件过滤	平滑的软阴影，半影宽度恒定	极低，接近单次采样	漏光 (Light Leaking)	遮挡关系简单的场景，如地形、或对漏光不敏感的场合

核心纲要

本章的最后部分超越了标准的不透明物体阴影，深入探讨了三大前沿领域：

1. 体积阴影 (Volumetric Shadows): 如何为头发、烟雾等半透明介质生成阴影。
2. 新范式探索: 介绍旨在从根本上解决阴影贴图瑕疵的不规则Z-Buffer (IZB) 技术。
3. 补充技术与未来趋势: 介绍如屏幕空间阴影等补充技术，并总结整个阴影技术栈及未来发展方向。

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八、 体积阴影技术 (Volumetric Shadows)

标准阴影贴图只能记录一个单一深度，无法表达光线穿过半透明物体时的能量衰减过程，这对于渲染毛发、烟雾、云朵等至关重要。

• 核心挑战: 需要一种数据结构，能在阴影贴图的每个纹素(texel)中，存储光线随深度变化的衰减函数。

• 关键技术: 深度阴影贴图 (Deep Shadow Maps)

  • 核心思想: 不再是每个纹素存一个深度值，而是存一个描述光线衰减的函数。在实践中，这个函数通常被近似为一组**(深度, 不透明度)**的样本对列表。
  • GPU实现: 在GPU上高效地构建和查询这个“列表”是主要难点，这与顺序无关的透明度 (Order-Independent Transparency, OIT) 算法面临的挑战非常相似。

• 主流实现方案:

  • 不透明度阴影贴图 (Opacity Shadow Maps): 一种早期的、基于固定深度切片的方法。缺点是切片与物体结构不匹配，需要大量切片才能避免瑕疵，效率不高。
  • 自适应体积阴影贴图 (Adaptive Volumetric Shadow Maps): 现代游戏引擎中的实用方案。
    • 原理: 在阴影贴图的每个纹素中，动态构建并存储一个节点数量可变的 (深度, 不透明度) 列表。
    • 实现: 利用现代GPU的UAV/ROV (无序访问视图/光栅器有序视图) 功能，在渲染时动态地将半透明片元“压缩”并插入到对应纹素的链表中。
    • 优点: 结构自适应，能用更少的数据精确表达复杂的衰减，效率和质量远超固定切片法。

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九、 不规则Z-Buffer (Irregular Z-Buffer, IZB)

IZB是一种革命性的阴影技术，它试图融合阴影体的几何精度和阴影贴图的可预测性能，从根本上消除阴影贴图的采样和偏移瑕疵。

• 核心思想: 颠倒测试主体。

  • 传统阴影贴图: 将遮挡物渲染到深度图，然后测试接收点是否在深度图之后 (点 vs 点)。
  • 不规则Z-Buffer: 将接收点（从相机视角可见的点）渲染到一个网格结构中，然后测试遮挡物三角形是否挡住了这些点 (三角形 vs 点)。

• 实现流程:

  1. Z-Prepass (相机视角): 正常渲染场景，得到所有在屏幕上可见的表面点。
  2. 点存储 (光源视角): 将这些可见点变换到光源视角，并存入一个规则的2D网格（即IZB）中。每个网格单元现在包含一个落在该区域内的可见点列表。
  3. 遮挡物测试 (光源视角):
     • 使用保守光栅化 (Conservative Rasterization) 来绘制遮挡物三角形。保守光栅化能确保只要三角形与一个网格单元有任何重叠，就会触发处理。
     • 对于被三角形覆盖的每个网格单元，用该三角形精确地测试单元内列表中的每一个点，判断点是否被三角形遮挡。

• 优点:

  • 无偏移瑕疵: 完全消除了“表面痤疮”和“Peter Panning”问题。
  • 像素级精确的硬阴影: 阴影边缘如刀锋般锐利，没有任何锯齿。

• 实践应用:

  • 性能开销较大，且实现复杂。
  • 混合阴影方案: IZB最成功的应用是作为混合方案的一部分。用 IZB 渲染近景处需要精确接触的硬阴影，用 PCSS 渲染中远景处的软阴影，实现两全其美的效果。

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十、 其他应用与未来展望

除了上述核心技术，还有一些重要的补充技术和值得关注的未来趋势。

10.1 补充技术

• 将阴影贴图视为高度场:

  • 应用: 尤其适用于地形。可以为地形上的每一个点，通过光线步进或二分搜索，计算出它“看到”太阳所需的最低高度。这个“遮挡高度场”可以用来非常高效地为地形及地表上的物体（如树木）生成柔和且正确的阴影。

• 屏幕空间阴影 (Screen-Space Shadows):

  • 核心思想: 一种后处理技术，利用相机最终渲染的深度缓冲区来添加额外的细节阴影。
  • 原理: 在屏幕空间，从每个像素出发，沿着光线方向进行光线步进 (Ray Marching)，不断采样深度缓冲区来检查是否有遮挡。
  • 优点: 能为微小几何细节（如角色脸上的皱纹、鼻孔）添加极其精细的接触阴影和自阴影，这是传统阴影贴图难以企及的。
  • 缺点: 开销较高，且有典型的屏幕空间技术限制（只能从已经可见的物体产生阴影）。

10.2 阴影技术选型总结 (Cheat Sheet)

对于现代渲染引擎，通常会根据需求组合使用多种技术：

场景/需求	推荐技术	关键优势
大型户外场景	CSM (级联阴影贴图)	在大视距范围内平衡分辨率和性能
提升CSM精度	SDSM (样本分布阴影贴图)	动态调整级联分割，让分辨率用在刀刃上
基础软化效果	PCF	简单快速的伪软阴影
物理软阴影	PCSS (尤其是CHS优化版)	接触点锐利、远处模糊的可变半影
完美接触硬阴影	IZB (通常为混合方案)	消除偏移瑕疵，边缘极其锐利
简单快速软阴影	VSM / ESM	对地形等简单遮挡场景，性能极高
微小细节增强	屏幕空间阴影	为特写镜头增加惊人的细节和真实感

10.3 未来趋势

• 稀疏纹理 (Sparse Textures): 允许创建虚拟的、分辨率极高的巨大阴影贴图，而只为实际用到的部分分配物理显存，极大地提升了阴影细节。
• 体素化阴影 (Voxel-Based Shadows):
  • 原理: 将场景几何体体素化 (Voxelize)，并在一个三维数据结构（如稀疏体素八叉树 SVO）中存储阴影信息。
  • 优点: 能高效存储大量静态光源的阴影信息，并能通过锥形追踪 (Cone Tracing) 从体素化的场景中直接生成物理正确的面光源软阴影。这是实现更高层次真实感渲染的重要方向。

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光栅器有序视图 (Rasterizer Ordered Views - ROV)

• 核心功能: ROV 的关键特性是“有序” (Ordered)。它是一种机制，用于保证当多个图元（三角形）的光栅化结果（片元/像素）覆盖到屏幕上同一个像素位置时，对该像素位置的读-改-写操作会严格按照图元提交和光栅化的顺序来执行。

• 解决的问题: 在现代GPU并行架构下，如果没有ROV，多个片元着色器实例同时处理同一个像素时，它们访问共享内存（如UAV）的顺序是不确定的，这会导致竞态条件 (Race Condition)。

• 为什么对透明度和体积阴影至关重要:

  • 像顺序无关的透明度 (OIT) 和自适应体积阴影贴图这类技术，需要在每个像素上构建一个链表或其他复杂的数据结构来存储多个透明层或阴影样本。
  • 当多个透明/半透明的三角形覆盖同一像素时，每个三角形的片元都需要去读取链表的头部、添加新节点、再写回链表头部。
  • ROV 确保了这些“添加节点”的操作不会互相冲突或覆盖，保证了数据结构的完整性和渲染结果的确定性。它从硬件层面解决了这个并行写入的难题。

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