第五章：阴影（Shadows）

硬阴影与软阴影（Hard and Soft Shadows）

• 点光源产生硬边阴影，而区域光源则产生软边阴影。

渲染阴影（Rendering Shadows）

点光源阴影（Point Light Shadows）

• 绘制阴影时需要提升阴影以上表面（Lifting the shadow above the surface），并使用模板（Stencil）改进平面投影阴影。

阴影纹理（Shadow Texture）

• 计算UV坐标的方法是什么？

阴影体积（Shadow Volume）

• 使用阴影体积渲染阴影包括两个阶段：
  1. 计算由光源和一组遮挡物形成的阴影体积。每个三角形都会产生一个阴影体积。
  2. 检查点是否在阴影体积内/外。
     • 内部：处于阴影中
     • 外部：被光源照亮

背面剔除（Back Face Culling）

• 背面剔除用于决定是否绘制图形对象的多边形。它是图形管线中的一个步骤，用于测试多边形上的点在投影到屏幕上时是顺时针还是逆时针排列。

阴影映射（Shadow Mapping）

• 阴影映射与阴影体积的比较：
  • 自身阴影问题
  • 优点：当场景中有多个对象/光源时，阴影映射的速度比阴影体积快。
  • 精度如何与阴影体积比较？
  • 缺点：阴影映射的分辨率低于渲染图像的分辨率，导致许多箱形伪影。
  • 需要使用更高分辨率的阴影映射，并根据视点调整阴影映射的分辨率。

通过多点光源生成软阴影（Soft Shadowing by Multiple Point Light Sources）

• 使用加法混合累积每个光源的贡献。
• 可以应用平面投影阴影方法或阴影体积方法，然后应用卷积。
• 阴影的柔和度取决于样本数量的充分性。
• 渲染场景的时间与用于近似区域光源的样本数量线性增加。
• 如果样本数量不足，将引入伪影。
• 缺点：速度慢。

其他生成软阴影的技术（Other Techniques to Generate Soft Shadow）

• 不是移动光源，而是移动投影平面。
• 投影平面上的投影被平均处理。
• 可以使用投影阴影：将相同的纹理多次应用于不同高度的平面并将它们重叠。

问题（Problems）

• 点光源产生的本影（Umbra，暗阴影区）太大。
• 区域光源通常减小本影的大小。

硬阴影生成（Hard Shadow Generation）

• 硬阴影的计算只涉及确定场景中的点是否在不透明物体的阴影中。
• 这是一个二元决策问题，仅涉及阴影模型。
• 实际上，硬阴影的确定就是相对于光源的可见性确定。

软阴影生成（Soft Shadow Generation）

• 软阴影包括本影区和半影区，以提高视觉质量。
• 完全遮挡光源导致本影区，而光源的部分遮挡导致半影区。
• 半影区的不同强度取决于光源的部分遮挡程度。
• 软阴影的确定需要计算不透明遮挡的比例，而不是硬阴影的二元决策。
• 结果阴影区的形状取决于遮挡物和光源的形状。