GPU Gems1 - 14 透视阴影贴图（Perspective Shadow Maps: Care and Feeding）

开篇先说，这文章好难懂啊，到现在也没完全弄明白，有大佬的话欢迎指点。这篇大体意思是对Perspective Shadow Maps进行部分优化。GEMS这书这点是真挺蛋疼，很多文章都是对某项技术的优化，那先介绍介绍原来技术嘛，我都不知道原来技术为啥有毛病（当然是咱自己菜鸡）上来就给我整优化，完全看不懂。先贴上Perspective Shadow Maps技术的最原始论文链接

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.449.9505&rep=rep1&type=pdf

一个关于shadow map技术非常好的链接，之后有时间得详细写一篇关于这个文章的积累

http://www.opengl-tutorial.org/intermediate-tutorials/tutorial-16-shadow-mapping

本文开篇上来又来介绍阴影渲染的两大流派。

阴影体（shadow volumes）/模板阴影（stencil shadows）
阴影贴图（Shadow Maps）

之前文章已经介绍过这俩技术流派了，这里就略过了。透视阴影贴图（Perspective Shadow Maps, PSMs）是由Stamminger和Drettakis 在SIGGRAPH 2002上提出的一种阴影贴图（Shadow Maps）流派的方法，通过使用在投射后空间（post-projective space）中的阴影贴图来去除其中的走样。

The most significant problems of the presented PSM algorithm are these three(PSM算法三个问题):

To hold all potential shadow casters inside the virtual camera frustum, "virtual cameras" are used when the light source is behind the camera. This results in poor shadow quality.（虚拟相机技术带来阴影质量降低）
The shadow quality depends heavily on the light position in camera space.（阴影质量很依赖于光源对相机的位置）
Biasing problems weren't discussed in the original paper. Bias is a problem with PSMs because the texel area is distributed in a nonuniform way, which means that bias cannot be a constant anymore and should depend on the texel position.（bias问题）

虚拟相机

如以下两个图所示，这玩意粗俗来讲，意思就是树木1不在摄像机范围内，但是光照到这个树木1投射出来的阴影投到地面后确在摄像机范围内，这可咋整呢，那就像图2似的，把摄像机虚拟的往后挪点，把树木1囊括在摄像机范围内来解决这个问题。虚拟摄像机这种技术带来的问题就是阴影质量会降低，因为本来贴近摄像机的物体，比如树木2，会因为相机向后挪动后在视野中变小，自然会影响其阴影质量。

解决虚拟摄像机的问题可以采用以下办法：对光源矩阵使用特别的投射变换。如下图所示，它由一个原始的（非后移过的虚拟相机）摄像机，一个“”逆向“”光源和摄像机后面的物体组成。

我个人非常粗俗的理解是，该方法构造了一个很特别的矩阵，使得光源经过点1向负无穷发射，之后又转回来经过234点直至正无穷大。（这块理解不太好，望大佬指导）

对虚拟摄像机技术还可以改进的一点是，当后移时，同时使得camera 近平面一同后移。如下图所示。

当光源离unit cube非常近的时候，如果我们仅使用一个shadow map texture，阴影质量会非常低。因为为了保证光源视域要囊括整个unit cube，光源视域的角度会非常大，如下图所示。因此离光源很近的区域采样值就会非常少，阴影质量就会降低。有两个办法，每个办法仅解决问题的一部分：单位立方体裁剪法，把光源摄像机对准单位立方体的必要部分；立方体映射法，使用多个纹理来存储深度信息。

最初的文章没有讨论过偏置（bias）问题。偏置是随透视阴影贴图而带来的问题，因为纹素的面积以不均匀方式分布，这意味着偏置不再是常量，而是与纹素的位置有关。

解决方案：使用在世界空间中的偏置（而且不再分析双投射矩阵的结果），然后把这个世界空间偏置转换到投射后空间。（这部分没怎么理解，望大佬指导）

最后，该方案又提到了紧邻百分比过滤（percentage-closer filtering ，PCF）优化，之前文章已经详细记录过，这里就略过了

【关键词提炼】

阴影渲染（Shadow Rendering）

阴影贴图（Shadow Maps）

透视阴影映射（Perspective Shadow Maps，PSMs）

紧邻百分比过滤（percentage-closer filtering ，PCF）

单位立方体裁剪法（Unit Cube Clipping）