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计算机图形学--阴影1--PCSS算法_阴影生成算法

阴影生成算法

阴影是怎么产生的,如何渲染出阴影

Shadow Mapping
假设要渲染以下场景
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渲染场景2次:
1.第一次,产生一个shadow map,shadow map描述光源能照到的着色点.
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2.从眼睛出发,从第一次渲染 shadow map中,看某个点是否在阴影里.
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3. 再次渲染,我们渲染一个结果,比较深度。
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好处:不再需要知道场景的几何信息
坏处:走样和锯齿

Shadow Mapping 的问题

问题一:渲染结果自遮挡
原因:我们对每一个场景的像素的深度,这个值是固定的。Shadow Map记录的深度不连续。且光线和场景的像素有夹角,也就是斜着照到像素上,Shadow Mapping 就会出现自遮挡现象。
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解决方法:
如果光线打到像素上的时候夹角很大,我们Shadow Map中记录的深度和计算的深度加上偏移。光线和和着色点法线的夹角越大,偏移值越大。
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问题二:引入问题一的方案后阴影不全
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问题三:走样
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如何渲染出好的阴影

预备知识:不等式
我们在实时渲染中,会把不等式在一定条件下,当做约等于用。
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乘积的积分和积分的乘机近似

以上不等式什么时候可以近似相等:
1.实际的积分范围很小的时候,可以近似.
2.g(x)在积分域的范围内变化不大(min,max差别不).
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1.面光源,光源没有什么变化
2.BRDF是一个diffuse的材质在这里插入图片描述

PCSS算法(产生软阴影的方法)

Percentage Closer Filtering(PCF)**
第一:不是对已经存在的阴影做Filter
第二:不是对ShadowMap做Filter
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PCF算法:
硬阴影:对任意一个着色点,计算它的阴影时候。比较shadow map中点和这个点的深度,看是否在阴影里。这种方式某个点的阴影只有0和1两种结果,也就是在阴影里面,或者不在阴影里面。这种方式产生的阴影叫做硬阴影
软阴影: 如果我们需要软阴影,那么我们这个点(某个着色点)需要和shadow map中的一个点比较。同时和shadow map中这个点附近的 7 * 7(除去该点)个点比较深度。那么我们得到了很多49个值(这些值是0或者1) 加权平均,就得到了一个在0~1之间的数值。那么这个值就可以代表阴影有多"软",越接近0,越软,越接近1,越硬。
在这里插入图片描述PCF的效果:在这里插入图片描述
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什么时候是软一些,什么时候硬一些
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Percentage Closer Soft Shadows (PCSS)**
距离遮挡物越近,阴影越硬,距离遮挡物越远,阴影越软。我们需要计算一个相对的平均的遮挡物和阴影的投射物之间的距离。
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下图是光线,遮挡物(Blocker),阴影接收物(Receiver)和阴影的软硬关系。我们用这个计算的结果来确定过滤时候的核多大。PCF算法中 77 还是 33。
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算法的核心:
第一步:记录一个shading point的遮挡物的平均深度(计算多大的区域内遮挡物?)
第二步:计算Filter的大小
第三步:PCF算法
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找多大的区域?在着色点,连向光源,形成一个椎体,在这个椎体中去找blocker,再去找平均深度。
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截图和公式来源闫令琪老师games202课程
感谢闫令琪老师为我们带来这么精彩的图形学课程
https://www.bilibili.com/video/BV1YK4y1T7yY?p=4&spm_id_from=pageDriver

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