阴影体算法

① 影子传说——三种Shadowmap改进算法的原理与在Unity中的实现

本文深入探讨了三种改进Shadowmap的算法——ESM(Exponential Shadow Mapping)、VSM(Variance Shadow Mapping)和EVSM(Exponential Variance Shadow Mapping)。Shadowmap是处理阴影、间接光照和反射等问题的通用解决方案。然而，基础Shadowmap存在自阴影和阴影悬浮等固有缺陷，且只产生非0即1的阴影值，导致阴影边缘产生锯齿。为了解决这些问题，人们发明了PCF(Percentage Closer Filtering)算法，以生成软阴影并抗锯齿。然而，PCF算法仍存在诸多问题，因此出现了预过滤Shadowmap算法，如ESM、VSM和EVSM。

ESM通过使用指数函数替代基础Shadowmap中的深度函数，以实现阴影边界渐变，减少突变现象。实现方法包括ESM的预过滤，使用软硬件模糊手段提前过滤Shadowmap，降低计算阴影的时间复杂度。然而，ESM存在漏光问题，且在特定场景下效果有限。VSM算法将阴影问题视为概率问题，通过单边切比雪夫不等式求阴影值的最大值，以实现软阴影效果。VSM同样存在漏光问题，以及在特定场景下的光渗问题。解决方法是通过重映射阴影值，调整效果的硬软程度。此外，VSM在16位深度下效果不佳，基本无法在移动平台上应用。

EVSM算法通过结合ESM和VSM的优点，采用特定函数Wrap(x)对z和d求切比雪夫不等式，以实现软阴影效果。实践中，EVSM通常使用额外的函数进一步优化，减少漏光问题。尽管EVSM在性能和效果上有所改善，但在移动平台上仍受限于需要使用四通道纹理。

综上所述，尽管预过滤Shadowmap算法在某些方面有所改进，但最通用且有效的阴影解决方案仍然是PCF。然而，了解这些新算法对于提高图形渲染效率和视觉效果具有重要意义。最后，本文中所使用的项目地址为SilverClawko/PrefilterShadow，供读者参考。