碎碎念——关于阴影的感悟

关于阴影的感悟

首先是阴影产生的原因，产生阴影是由于光照不到物体，所以产生了阴影；

两种阴影

光照不到物体可以分为两种情况：

1. 物体背向光，对于一个实体物体，其背向光的那一部分是接收不到直接光照的，这就是物体背面暗的原因；在计算过程中也就是使用saturate(dot(L, N))来进行计算，背面的该值为0；
2. 物体与光源之间有遮挡物，遮挡物遮挡了光线的传输，导致物体接受不了直接光照，这是我们通常看到的实时阴影所计算的那一部分；在游戏领域一般采用shadow map以及shadow volume来进行实时阴影的计算，篇幅较长，先占坑，以后再补（图+代码）；

第二种阴影所涉及的问题（只谈论shadow map）

shadow map最主要的问题就是精度问题：

1. shadow acne是最常见的自阴影问题，通常可采用depth bias以及normal bias来解决；此时你可能觉得引入bias就解决了自阴影问题，实际上，该问题并没有解决，只是将shadow acne隐藏了，对于平面这种与光照方向成统一角度的情况，其shadow acne是真的解决了；对于球体这种与光照方向成变化角度的情况，其shadow acne实际上是隐藏到了第一种阴影中，一般情况下不会表现出来，特殊情况下可能会表现出来；
2. 软阴影是使用shadow map所需要考虑的第二种问题，常使用的方法有PCF、VSM、ESM、PCSS等（也先不展开）；
3. cascade shadow map是大场景中使用shadow map所要经常使用的技术（原理知道，没具体实现过，也先不展开）；

特殊情况下的shadow acne问题

掐表难免说过shadow acne实际上是隐藏到了第一种阴影中，那么什么特殊情况会暴露出来呢？答案就是第一种阴影被照亮的情况；
理论上每个光源都会产生自己的阴影，但是在手机平台上可能会使用多个光源，但使用上只有主平行光才投射阴影；倘若想要使用这个阴影去影响其他光照（比如边缘光，或者将第一种阴影照亮的光），这是典型的错误用法，但为了美术效果有时候确实需要这么使用，此时隐藏的shadow acne问题就会暴露出来（等再次整理这篇文章时放图）；