# 虚幻4渲染编程（灯光篇）【第一卷：各种ShadowMap】 2018年12月26日 星期三 16:02 灯光篇开篇概述： 灯光在游戏里非常重要，游戏画面的整体感觉，游戏运行的效率都和它息息相关。然而虚幻把这些逻辑封得死死地。各种概念和庞大的系统常常令人束手无策。本篇将从灯光光影的原理入手，先自己实现一些灯光再自己动手打光做效果，想必这样会事半功倍。 本小节将在虚幻中用蓝图脚本“手连”各种基础ShadowMap。感谢技术美术图形交流群的小伙伴们的共同探讨@。 最基础的ShadowMap shadow map的原理网上一搜一大把。总的来说就是：“在灯光方向架一台摄像机，获取深度图，然后再正常渲染自己的场景，再在正常渲染场景的时候把fragment转换到光源空间，把它和之前渲染的Shadowmap中高度深度作比较，看它是否在影子里，如果是就返回0，不是就返回1”。上述就是最原始的shadow map了。下面就在虚幻中实现它吧。 首先创建几个资源 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image001.jpg) 在BP_Light中创建一个SceneComponent和一个SceneCapture2D，然后设置它的参数，把RT_DepthMap设置给它。如图所示： ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image003.jpg) 然后创建一个MaterialParamerterCollection 因为我们在材质里直接“连”我们的shadow map，但是在材质层拿不到视口矩阵和投影矩阵，所以我们自己构建我们的矩阵。矩阵的推导可以去看看龙书d3d11的shadow map那一章 首先在BP_Light的构造函数中，先把灯光的位置传进去 ![1559732179727](ShadowMap Info.assets/1559732179727.png) 然后构造我们的灯光摄像机视口矩阵 ![1559732194608](ShadowMap Info.assets/1559732194608.png) 然后是构造灯光摄像机投影矩阵 ![preview](ShadowMap Info.assets/clip_image008.jpg) 下面来设置我们的RT_DepthMap，精度越高影子效果相对来说会好些。 ![img](file:///C:/Users/WUMING~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg) 有了灯光位置和两个矩阵还有一张深度图，就可以开始在材质里做事情了。 在M_BasicObjectMaterial里，首先先把当前摄像机的像素位置变换到灯光摄像机空间 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image012.jpg) 然后再变换到投影空间 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image014.jpg) 然后再把它变换到【0-1】范围内 ![preview](ShadowMap Info.assets/clip_image015.jpg) 把深度图里的值（刚才渲染的）和它本身的值作比较。如果当前像素的摄像机方向上有遮挡，那么深度图里去除的值会比当前它的深度值小，如果小就说明此物体在阴影中。所以返回0 然后在场景里放两个模型，把灯光蓝图脚本拖进去，将会看到 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image017.jpg) 调整材质中的bias值 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image018.jpg) 你将会看到 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image020.jpg) 但是这有个问题，就是影子的锯齿很严重。造成这个的原因是因为那个比较操作是离散的，是在影子里就是0，不是就是1。下面有很多方法来改进它。 PCF（percentage-closer filtering） 下面来对影子进行柔化处理。 对阴影周围进行范围采样然后取平均值，这样可以造出柔和的影子 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image021.jpg) 可以看到影子的质量有明显提高，但是PCF缺点也很明显就是需要多重采样，而且效果上不符合物理规律。下面就来实现它吧。 来到M_BasicObjectMaterial里，我们对影子生成部分做如下修改 建一个CustomNode命名为PCF ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image023.jpg) CustomNode的代码如下 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image025.jpg) 设置如下： ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image026.jpg) 然后我们就可以得到柔和的影子了，如果想要更好的效果可以增加采样循环的次数。 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image028.jpg) PCSS（Percentage Closer Soft Shadow） ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image029.jpg) 正常情况下，物体相距越远，影子会越弱越模糊，光源和半影成相似三角形，我们需要计算这个距离来动态改变我们PCF半影的半径。我的采样循环次数比较少所以看起来有点突兀。可以增大采样次数解决这个问题。 ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image030.jpg) 只需要修改M_BasicObjectMaterial种的CustomNode的代码即可。代码如下： ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image032.jpg) Irregular PCF 在PCF的基础上，对Offset做随机采样，可以得到更好的效果。 对M_BasicObjectMaterial的CustomNode做如下修改 代码： ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image034.jpg) ![img](ShadowMapInfo.assets/clip_image035.jpg) 还有CSM，VSM，ESM等后面的文章会来实现它们。 Enjoy it！ 【参考文章】 【1】[cybercser/OpenGL_3_3_Tutorial_Translation](http://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/cybercser/OpenGL_3_3_Tutorial_Translation/blob/master/Tutorial%252016%2520Shadow%2520mapping.md) 【2】[阴影映射 - LearnOpenGL CN](http://link.zhihu.com/?target=https%3A//learnopengl-cn.github.io/05%2520Advanced%2520Lighting/03%2520Shadows/01%2520Shadow%2520Mapping/%23pcf) 【2】[Softshadow with GLUT,GLSL and PCF](http://link.zhihu.com/?target=http%3A//fabiensanglard.net/shadowmappingPCF/) 【4】[https://developer.download.nvidia.com/presentations/2008/GDC/GDC08_SoftShadowMapping.pdf](http://link.zhihu.com/?target=https%3A//developer.download.nvidia.com/presentations/2008/GDC/GDC08_SoftShadowMapping.pdf) 【5】[https://blog.csdn.net/jc_laoshu/article/details/69657579](http://link.zhihu.com/?target=https%3A//blog.csdn.net/jc_laoshu/article/details/69657579) 【6】[投影矩阵的推导(Deriving Projection Matrices)](http://link.zhihu.com/?target=https%3A//blog.csdn.net/zhanghua1816/article/details/23121735) 编辑于 2018-10-29 「真诚赞赏，手留余香」 来自 <>