屏幕空间的阴影映射技术个人理解

Posted 2021-03-13 mayoha

首先我们来了解一下阴影的形成原理：

当一个光源发射的一条光线遇到一个不透明的物体时，这条光线就不可以再继续照亮其他物体（不考虑光线反射），这个物体就会向他旁边的物体投射阴影

而在实时渲染中，我们常用到一种名为Shadow map的技术，unity采用的就是这种技术

在Unity中，这个技术的实现是通过将摄像机位置与光源位置重合(光源空间)，然后按照正常的渲染流程渲染出深度图来作为阴影映射纹理。但是需要注意的是，与正常渲染不同的是，由于我们只需要深度图信息，而正常的渲染流程会多出不必要的光照模型计算（Base Pass +Addition Pass），我们会采用一个额外的pass专门处理这项工作——LightMode标签下的ShadowCaster被选中后的pass。这个Pass的渲染目标只有深度纹理。

Unity首先把摄像机放置在光源的位置上，然后调用这个Pass，通过对定点进行变换后得到光源空间下的位置，然后据此输出深度信息到阴影映射纹理

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再来说一说Unity中使用的不同于传统的阴影采样技术——屏幕空间的阴影映射技术

个人理解如下：

1. 首先得到屏幕空间的深度图（摄像机视角下的深度信息），在延迟渲染中已经存在，在前向渲染中需要把场景渲染一遍，得到深度图
2. 然后将摄像机与光源重合（光源空间）下通过那个特有的pass通道渲染出阴影映射纹理（其实也是一张深度图）
3. 将屏幕空间下的深度图变换到光源空间，与阴影映射纹理进行比较，若前者深度更大（深度越大越不可见），则说明该区域虽然可见，但出于此光源的阴影中。
4. 通过比较后得到一张包含了阴影信息的屏幕空间阴影图，通过这张图对阴影进行采样，就可以得到最后的阴影效果了。

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对于比较的过程，我是这样理解的：
如图，在屏幕空间下有A,B两点可见，渲染出深度图后，假设B点的深度为x，通过B点的位置（屏幕空间——>世界空间——>光源空间）得到对应光源空间下B点的深度信息，假设为y。由图可以轻易地看出在光源空间下B点是不可见的，也就是说y>x(具体的比较方法可能并非如此，但这样说便于理解)。此时我们就可以知道B是处于该光源的阴影中了。

这个过程概括来说就是把每一个像素根据它在摄像机深度纹理中的深度值得到世界空间坐标，再把它的坐标从世界空间转换到光源空间中，和光源的ShadowMap里面的深度值对比，如果大于ShadowMap中的深度距离，那么就说明光源无法照到，在阴影内。

更为详细准确的解释参考：Unity5.X中屏幕空间阴影投射技术(Screenspace ShadowMap)如何产生阴影图?...

第一次写博客，希望以后可以坚持下去！