# PCF算法消除阴影(ShadowMap)的锯齿 在看这节教程前你得先学会的技术：一，如何用D3D11实现模糊算法 D3D11教程二十六之Blur(模糊处理) 二，如何用D3D11和ShadowMap实现物体的阴影 D3D11教程三十一之ShadowMap(阴影贴图) 一，SoftShadow(柔软阴影) 在之前我分享一篇大牛写的有关"ShadowMap"介绍的技术博客 Shadow Maping。 我在 D3D11教程三十一之ShadowMap(阴影贴图) 结尾的时候说过，阴影锯齿的诞生是因为ShadowMap的一个像素对应于3D场景的一片区域或者说是ShadowMap的一个像素对应于3D场景的多个像素。 看上节的教程我把镜头拉近看，看到的阴影锯齿非常明显，如下图: 首先得说一下，阴影算法有三大类：1，基于ray tracing 2，基于shadow volume 3， 基于shadowmap（Z buffer） 这里我们针对的是ShadowMap成阴影的，大概说一下基于shadowmap有几种算法能削弱阴影的锯齿 (1),Percentage-Closer Filtering(PCF) (2) Perspective Shadow Maps(PSM) (3)Light Space Perspective Shadow Maps(LSPSM) (4)Parallel-Split Shadow Maps for Large-scale Virtual Environments (5),Variance Shadow Maps.(VSM) 我们这个教程消除阴影锯齿的算法的主要是来源于PCF算法的，即“”百分比更近过滤“”。 说说算法的步骤： 第一步，想正常一样渲染整个场景得到ShadowMap 第二步，渲染阴影所在的地面，阴影的部分为黑色，非阴影部分为白色，这样就形成一张2D仅仅有黑色和白色的纹理图，如图所示： 第三，对第二步得到的那张黑白色的2D纹理进行模糊算法处理，模糊阴影的锯齿，得到如下面图： 第四，对底面进行正常的渲染，用模糊后的黑白色纹理图对地面进行阴影处理，这样地面阴影的锯齿就显得模糊了。 这里请注意的两点是 ： 一，这里用到RTT技术，有两个RTT类，一个是RenderModelToDepthTexure类，用于获取ShadowMap(深度图)，一个是RenderModelToBackTexure类用于获取黑白两色的2D纹理图以及进行模糊处理的2D纹理图。 二 ， 通过Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT来创建的常量缓存在更新值时又很小的几率会遇上BUG，那个BUG就是你的值无法正确写入到Shader里，非常奇怪。所以更新缓存我还是推荐动态更新缓存，用Map和Unmap来更新，详情可看D3D11之缓存更新(update buffer) ​ 下面放出代码: 绘制黑白色2D纹理的Shader: DrawBlackWhiteShadowShader.fx Texture2D ShadowMap:register(t0); //阴影纹理 SamplerState ClampSampleType:register(s0); //采样方式 //VertexShader cbuffer CBMatrix:register(b0) { matrix World; matrix View; matrix Proj; matrix WorldInvTranspose; matrix ProjectorView; matrix ProjectorProj; }; cbuffer CBLight:register(b1) { float3 PointLightPos; float pad; //填充系数 }; struct VertexIn { float3 Pos:POSITION; float2 Tex:TEXCOORD0; //多重纹理可以用其它数字 float3 Normal:NORMAL; }; ​ struct VertexOut { float4 Pos:SV_POSITION; float4 ProjPos:POSITION; //基于点光源投影在齐次裁剪空间的坐标 float2 Tex:TEXCOORD0; float3 W_Normal:NORMAL; //世界空间的法线 float3 Pos_W:NORMAL1; //物体在世界空间的顶点坐标 }; ​ VertexOut VS(VertexIn ina) { VertexOut outa; //将坐标变换到观察相机下的齐次裁剪空间 outa.Pos = mul(float4(ina.Pos,1.0f), World); outa.Pos = mul(outa.Pos, View); outa.Pos = mul(outa.Pos, Proj); //将顶点法向量由局部坐标变换到世界坐标 outa.W_Normal = mul(ina.Normal, (float3x3)WorldInvTranspose); //此事世界逆转置矩阵的第四行本来就没啥用 //对世界空间的顶点法向量进行规格化 outa.W_Normal = normalize(outa.W_Normal); //获取纹理坐标 outa.Tex= ina.Tex; //将坐标变换到投影相机下的齐次裁剪空间 outa.ProjPos= mul(float4(ina.Pos, 1.0f), World); outa.ProjPos = mul(outa.ProjPos, ProjectorView); outa.ProjPos = mul(outa.ProjPos, ProjectorProj); //获取物体在世界空间下的坐标 outa.Pos_W= (float3)mul(float4(ina.Pos, 1.0f), World); return outa; } ​ float4 PS(VertexOut outa) : SV_Target { float ShadowMapDepth; //r值存储的都是深度 float DiffuseFactor; float2 ShadowTex; //阴影纹理坐标 float4 color; float bias; float Depth; ​ //设置偏斜量 bias = 0.001f; //第一,默认下为黑色 color = float4(0.0f,0.0f,0.0f,1.0f) ; //第二,求出相应顶点坐标对应在ShdowMap上的深度值 //获取投影相机下的投影纹理空间的坐标值[0.0,1.0] u=0.5*x+0.5; v=-0.5*y+0.5; -w<=x<=w -w<=y<=w ShadowTex.x = (outa.ProjPos.x / outa.ProjPos.w)*0.5f + 0.5f; ShadowTex.y = (outa.ProjPos.y / outa.ProjPos.w)*(-0.5f) + 0.5f; ​ //第三,由于3D模型可能超出投影相机下的视截体，其投影纹理可能不在[0.0,1.0],所以得进行判定这个3D物体投影的部分是否在视截体内(没SV_POSITION签名 显卡不会进行裁剪) if (saturate(ShadowTex.x) == ShadowTex.x&&saturate(ShadowTex.y) == ShadowTex.y) { //求出顶点纹理坐标对应的深度值 ShadowMapDepth = ShadowMap.Sample(ClampSampleType, ShadowTex).r; //求出顶点坐标相应的深度值(点光源到渲染点的深度值) Depth = outa.ProjPos.z / outa.ProjPos.w; ​ //阴影偏斜量 ShadowMapDepth = ShadowMapDepth + bias; //如果不被遮挡,则物体具备漫反射光 if (ShadowMapDepth >= Depth) { //求出漫反射光的的方向 float3 DiffuseDir = outa.Pos_W - PointLightPos; ​ //求漫反射光的反光向 float3 InvseDiffuseDir = -DiffuseDir; //求出漫反射因子[0.0,1.0] DiffuseFactor = saturate(dot(InvseDiffuseDir, outa.W_Normal)); //如果漫反射因子大于0，则为白色 if (DiffuseFactor>0) { color = float4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f); } } } return color; } 绘制地面阴影的Shader: SoftShadowShader.fx Texture2D BaseTexture:register(t0); //基础纹理 Texture2D BlackWhiteShadowMap:register(t1); //投影纹理 SamplerState WrapSampleType:register(s0); //采样方式 SamplerState ClampSampleType:register(s1); //采样方式 //VertexShader cbuffer CBMatrix:register(b0) { matrix World; matrix View; matrix Proj; matrix WorldInvTranspose; }; cbuffer CBLight:register(b1) { float4 DiffuseColor; float4 AmbientColor; float3 PointLightPos; float pad; //填充系数 } struct VertexIn { float3 Pos:POSITION; float2 Tex:TEXCOORD0; //多重纹理可以用其它数字 float3 Normal:NORMAL; }; ​ struct VertexOut { float4 Pos:SV_POSITION; float4 ProjPos:POSITION; //基于观察相机的投影在齐次裁剪空间的坐标 float2 Tex:TEXCOORD0; float3 W_Normal:NORMAL; //世界空间的法线 float3 Pos_W:NORMAL1; //物体在世界空间的顶点坐标 }; ​ VertexOut VS(VertexIn ina) { VertexOut outa; //将坐标变换到观察相机下的齐次裁剪空间 outa.Pos = mul(float4(ina.Pos,1.0f), World); outa.Pos = mul(outa.Pos, View); outa.Pos = mul(outa.Pos, Proj); //将顶点法向量由局部坐标变换到世界坐标 outa.W_Normal = mul(ina.Normal, (float3x3)WorldInvTranspose); //此事世界逆转置矩阵的第四行本来就没啥用 //对世界空间的顶点法向量进行规格化 outa.W_Normal = normalize(outa.W_Normal); //获取纹理坐标 outa.Tex= ina.Tex; //将坐标变换到投影相机下的齐次裁剪空间 outa.ProjPos= mul(float4(ina.Pos, 1.0f), World); outa.ProjPos = mul(outa.ProjPos, View); outa.ProjPos = mul(outa.ProjPos, Proj); //获取物体在世界空间下的坐标 outa.Pos_W= (float3)mul(float4(ina.Pos, 1.0f), World); return outa; } ​ float4 PS(VertexOut outa) : SV_Target { float4 TexColor; //采集基础纹理颜色 float4 ShadowColor;//阴影贴图采集的颜色 float DiffuseFactor; float4 DiffuseLight; float2 ShadowTex; //阴影纹理坐标 float4 color = {0.0f,0.0f,0.0f,0.0f}; //最终输出的颜色 ​ //获取基础纹理的采样颜色 TexColor = BaseTexture.Sample(WrapSampleType, outa.Tex); //求出漫反射光的的方向 float3 DiffuseDir = outa.Pos_W - PointLightPos; //求出点光源到像素的距离 float distance = length(DiffuseDir); //求出衰减因子 float atten1 = 0.5f; float atten2 = 0.1f; float atten3 = 0.0f; float LightIntensity = 1.0f / (atten1 + atten2*distance + atten3*distance*distance); //求漫反射光的反光向 float3 InvseDiffuseDir = -DiffuseDir; ​ //求出漫反射因子[0.0,1.0] DiffuseFactor = saturate(dot(InvseDiffuseDir, outa.W_Normal)); //求出漫射光 DiffuseLight = DiffuseFactor*DiffuseColor*LightIntensity; //颜色加上漫反射光 color += DiffuseLight; color = saturate(color); //第三,求出相应顶点坐标对应在ShdowMap上的深度值 //获取投影相机下的投影纹理空间的坐标值[0.0,1.0] u=0.5*x+0.5; v=-0.5*y+0.5; -w<=x<=w -w<=y<=w ShadowTex.x = (outa.ProjPos.x / outa.ProjPos.w)*0.5f + 0.5f; ShadowTex.y = (outa.ProjPos.y / outa.ProjPos.w)*(-0.5f) + 0.5f; //第四，求出黑白ShadowMap采集的颜色 ShadowColor= BlackWhiteShadowMap.Sample(ClampSampleType, ShadowTex); ​ //用黑白ShadowMap的颜色调节像素 color = color*ShadowColor; //不管有没有遮挡，都应该具备环境光,注意环境光不生成阴影,这里仅仅是漫反射光生成阴影 color += AmbientColor; //用基础纹理颜色进行调节 color = color*TexColor; return color; } 最后放出程序运行图： 阴影锯齿果然模糊了很多，以后有时间我回来实现以下其它的SoftShadow算法。 集成了CSM算法的3D渲染引擎源码： https://github.com/2047241149/SDEngine 源代码链接如下: http://download.csdn.net/detail/qq_29523119/9673916 另外一种方法实现(不借用黑白纹理)的PCF的源码链接: http://download.csdn.net/detail/qq_29523119/9864010 --------------------- 作者：小毛狗 来源：CSDN 原文：https://blog.csdn.net/qq_29523119/article/details/53038901 版权声明：本文为博主原创文章，转载请附上博文链接！