（轉）陰影錐(Shadow Volume)

轉自：http://blog.csdn.net/zjull/article/details/11819923

Shadow Map和Shadow Volume是當今比較流行的實時陰影渲染方法，跟Shadow Map相比，Shadow Volume最大的優勢是沒有陰影鋸齒問題，但因爲它是基於幾何的方法，每幀都有可能要構造和渲染陰影錐，並且有些工做必須由CPU完成，使得它在效率上沒有Shadow Map高，由於其計算都是在GPU端完成的；不過對於室內場景或者objects很少的室外場景，Shadow Volume仍有用武之地，陰影錐的實現有多種算法，並且能夠作比較多種優化，這裏學習一下Z-PASS和Z-FAIL算法，它們都是multipass的，暫時沒考慮優化問題。

Z-PASS算法

pass1：打開depth test，按正常方式渲染整個場景，獲得depth map。

pass2：打開stencil test，關掉z writing和color buffer writing，渲染shadow volumes；設置stencil test always pass，對於front faces，若z test pass，則stencil value +1，若z test fail，則不更新stencil value；對於back faces，若z test pass，則stencil value -1。

pass3：pass2完成以後，stencil buffer中value不爲0的像素就處於陰影區域，據此繪製陰影效果便可。

                               圖1：Z-PASS算法

Z-PASS算法在視點位於陰影錐內或者跟近裁剪面相交時，會獲得錯誤的stencil values，以下圖所示：

                                             圖2：Z-PASS算法失效的狀況

Z-FAIL算法

Z-FAIL算法是 John Carmack，Bill Bilodeau 和 Mike Songy 各自獨立發明的，其目的就是解決視點進入 shadow volume 後 Z-PASS 算法失效的問題；

pass1：跟Z-PASS算法同樣

pass2：打開stencil test，關掉z writing和color buffer writing，渲染shadow volumes；設置stencil test always pass，對於front faces，若z test fail，則stencil value -1，若z test pass，則不更新stencil value；對於back faces，若z test fail，則stencil value +1。

pass3：跟Z-PASS同樣

如圖3所示，Z-FAIL算法不論視點位於陰影錐外面，裏外仍是近裁剪面與陰影錐相交，均可以正確獲得stencil values。

                                                            圖3：Z-FAIL算法

Z-FAIL要求Shadow Volume必須是閉合的，圖4左將獲得錯誤的stencil values，加上陰影錐caps(圖4右)能夠糾正。

                        圖4：Z-FAIL算法的失效場景以及補救措施

陰影錐實現（Z-PASS）

Shadow Map與Shadow Volume的比較

Shadow Map的優點：

實現簡單，不須要任何幾何計算，shadow map能夠徹底由GPU生成。

不須要模板緩存，只須要爲每一個光源保存一張shadow map，沒有緩存高填充率問題。

Shadow Map的劣勢：

在陰影邊緣容易造成鋸齒，下降了陰影質量，特別在光源離陰影投射體很遠的時候更明顯。

對於每一個光源，場景都須要渲染一次以獲得shadow map，對於點光源，須要作更多的工做。

 

Shadow Volume的優點：

可得到高質量的陰影效果，沒有陰影邊緣鋸齒問題；

能方便處理聚光照，方向光等多種光源。

Shadow Volume的劣勢：

當光源或者投射物體的幾何信息發生變化時，陰影錐都須要從新計算，佔據比較多的CPU時間；

對幾何體的拓撲有要求，即幾何體必須是閉合的；

須要模板緩存，不優化的狀況下存在高填充率問題，常見的優化方法有：有限陰影錐(Finite Volumes)、XY裁剪(XY Clipping)、Z限定(Z-Bounds)；

沒法處理具備透明材質物體的陰影投射，如公告板，粒子系統，樹葉，grass等；

要求場景中的全部物體都接收投射的陰影，即便接收不到的狀況下。

 

參考連接

http://http.developer.nvidia.com/GPUGems/gpugems_ch09.html

http://blog.donews.com/yyh/archive/2005/05/19/387143.aspx

 

• 上一篇【Leetcode】Same Tree
• 下一篇OpenGL渲染管線

頂

2

踩