Shadow Map

Shadow Map是用于在Realtime Shadow的一种算法，这里简单的描述了该算法的过程，以及多光源的Shadow Map的使用。

对于一个光源(Spot Light或者Directional Light)，如果以光源这个点作为视点，在可视的范围内，每一条视线都有一个可见的最远的深度值。如果将这个深度值记下来，存在一个Texture中，那么这个Texture就是这个Light的Shadow Map，他代表了这个Light的可达到的最大深度。

有了这个Shadow Map过后，在渲染实际场景的时候，以上面光源的Project Matrix对该场景进行投影(计算出Shadow Map Texture的UV)，并计算出以光源作为视点的深度值。这个过程是基于Per-Vertex的，对于一个Triangle，内部Pixel将会通过插值得到对应的UV和深度值。

后面在Per-Pixel过程，就要根据该Pixel的UV在Shadow Map中取出该Light的最大深度值，和该Pixel本身的深度值进行比较。如果该Pixel的深度值大于在Shadow Map中的深度值，那么表示这个Pixel应该处于Shadow中，否则该Pixel应该处于光照中。

上述就是Shadow Map的大致过程。

Depth Map：

Rendered By Render Monkey with R32F format render target.

Result with Shadow:

Rendered By Render Monkey with Shadow Map  512X512

对于多光源情况，单个光源之间的过程是独立的，对于每一个光源产生的结果进行叠加便是多光源的结果。

One Light:

two light:

Shadow Map中的问题：

1：Shadow Acne

因为在Shadow Map Texture中每一个像素点的浮点精度问题，在Shadow Depth比较的时候，对于理论上应该严格相等的地方，实际上并不总是成立。所以会出现下面的结果：

Rendered with Shadow Map with A8R8G8B8, 也就是8-Bit的浮点数

Rendered with Shadow Map with R32F, 也就是32-Bit的浮点数

解决方法：

一种是使用Bias，在Pixel上的Light-Depth减去一个小的Bias，这样对于表面应该相等的，就变成了严格的小，就不会有上面的情况。但这个会造成另一个问题，Shadow会平移，产生不正确的Shadow。因此这个Bias要选择恰当。

另一种是在生成Shadow Map的时候，不采用CCW，而是使用CW。也就是用Back Faces去生成Shadow Map，这样在渲染场景的时候，对于Light的Front Faces就必然小于Shadow Map中的值，从而避免了上面Shadow Acne的产生。

2：Shadow锯齿

如果使用的Shadow Map Texture的尺寸比较小，在Shadow Map中的一个Texel就代表了很多的像素的深度。

Shadow Map with 64X64

与使用Shadow Map 512X512相比，这里有很明显的锯齿。

因此使用的Shadow Map的尺寸越大，锯齿就越不明显。

另外，在Render Monkey自带的Sampler中有一个也是Shadow Map的实现，它里面有使用Multi-Pass来实现Soft Shadow Edge.

Reference：

Michal Valient, "Shadow Mapping with Direct3D 9" in ShaderX2