39、实时阴影生成：阴影体积方法解析

实时阴影生成：阴影体积方法解析

1. 阴影生成概述

在计算机图形的虚拟世界中，阴影不会自动生成。虽然有一些全局光照方法（如辐射度、光线追踪和光子映射）能在一定程度上投射阴影，但它们速度太慢，不适合实时应用。因此，若要实现阴影效果，就必须手动实现。这里主要探讨阴影体积方法。

2. 阴影体积理论

阴影体积的原理其实很简单。以一个三角形和一个光源为例，要确定三角形在光源下的阴影位置，需先确定光线照射三角形的方向，然后沿此方向向量拉伸三角形的每个顶点，将整个三角形拉伸成一个体积，这个体积就是物体的阴影体积。同时，还需要前盖和后盖来确保体积在光源的前后两侧是封闭的。对于平行光，所有顶点的拉伸向量相同；实际上，正确的做法是从光源向每个顶点绘制向量进行拉伸。

简单来说，位于遮挡物阴影体积内的物体都处于阴影中，这类似于视锥体，视锥体内的物体可见，而这里是从光源的角度进行遮挡剔除。

3. 阴影体积渲染算法基本步骤

渲染阴影体积的算法基本步骤如下：
1. 将无阴影的场景渲染到深度缓冲区。
2. 必要时重新计算阴影体积。
3. 将阴影体积渲染到模板缓冲区。
4. 将场景渲染到帧缓冲区。

注意，阴影体积只渲染到模板缓冲区，目的是屏蔽颜色缓冲区中应接收阴影的区域。完成这些步骤后，模板缓冲区会阻止处于阴影中的像素被渲染，从而在颜色缓冲区中呈现出阴影效果。但在运行阴影体积渲染算法之前，必须先填充深度缓冲区，因为算法需要深度信息。

4. 深度通过变体（Depth - Pass Variant）

深度通过变体也称为 z - 通过变体。构建阴影体