Shadow技术-起点

起因

项目的Shadow开始出现了问题，有2个BUG报到了我的身上

1. 比较薄的Mesh出现了漏光(Light leaking）现象
2. Cube旋转到一定角度，表面出现了“瑕疵”(Shadow Acne)

我开始意识到，确实需要一套比较完备、可控的阴影方案了

对Shadow的积累

目前我对Shadow技术的积累，仅限简单的Shadow Map原理和知道CSM大致的实现方式。
在看到前面两个BUG的时候，我大概知道是什么导致的，可以通过调整ShadowMap的尺寸以及两个bias参数来缓解这两个BUG，但是还是想借这个机会，“一劳永逸”的解决项目Shadow方案同时提升一下自己在Shaodw方面的积累

解决路线

传统手游项目对于静态物体大多使用烘焙阴影方案，动态物体可能使用Projector方式或者ShadowMap方式，配合Unity的Distance ShadowMask实现动静结合，还是非常不错的方案，效果和效率能达到一种完美的平衡（个人认为）
但是，由于项目的特殊需求，场景并不能使用烘焙方式来作为阴影解决方案（即使使用也可能需要实现一套Lightmap烘焙方案）。
目前项目使用的是传统的Shadowmap方式，基于Unity LWRP(4.0)，Distance默认设置为25，1024尺寸
在这个配置下，无论如何调整bias都无法完美解决Light leaking、error Self-Shadow和Peter paning这三种问题
本质上，还是Shadowmap的精度问题。虽然可以通过提高Shadowmap的尺寸，但是我个人认为2048对于移动平台并不合适

调整Depth Bias和Normal Bias

首先通过调整这两个参数看是否能解决问题
这两个参数通过拉近物体的z值，和缩小物体来缓解Shadow Acne和错误的Self-Shadow问题
但是这两个值过大都会导致Peter Paning(Light leaking)问题，物体会看起来悬浮在平面上
而解决Light leaking问题，有两种方案

• 一个是通过避免使用过薄的Mesh
• 一种方法是进行Cull Front
  第一种就不说了，是一种避免方式，不是解决方式
  第二种其实在两个物体过于贴近的情况下，反而会产生更严重的悬浮问题，但是在距离不是很近的情况下，确实能很好的解决shadow acne和悬浮问题

Close Fit和Stable Fit

调整bias无望，开始选择对比Standard（Unity内置管线）对于阴影的实现，主要是因为目前使用的4.0版本的LWRP其实缺陷比较多，从Standard找到“稳定”的方式也是有可能的，通过对比发现Close Fit确实能提高不少阴影的效果
但是Close Fit实际上对于特定场景结构下，选择最小的光源视锥范围进行Shadowmap的生成，本质上是提高Shadowmap的精度。在Caster物体比较多、大的情况下，会退化到Stable Fit的效果上
虽然没有解决我的问题，但是提出了关键的线索-提高Shadowmap精度

思考

其实，调整bias来解决shadow的一些瑕疵问题是正确的，但是前提是shadowmap的精度足够,close fit在特定情况下能解决，也是因为close fit本质上在提高shadowmap的精度
在调整shadowmap尺寸不可行的情况下，调整shadow distance也是一个方案，但是调的过小，远处物体阴影丢失（因为没有烘焙的阴影）也是无法忍受的现象

CSM

CSM是解决shadowmap精度和性能直接平衡问题一种比较好的方法，之前考虑到性能问题关闭了CSM而使用传统的shadowmap，不过仔细一想，可能CSM性能的消耗不是很大
CSM会在距离相机较近的物体上使用精度较高、光源视锥更小（合适）来进行Shadowmap的渲染，远处物体使用更低精度、更大的光源视锥进行渲染
远处物体使用更小尺寸的Shadowmap，更大的光源视锥对比传统shadowmap方式应该性能更加节省，但是具体还没有性能测试，但是理论上感觉即使比传统shadowmap费，也费不了多少
准备研究一下CSM进行实验，如果一切顺利，CSM是项目即使使用的阴影方式（Mobile+PC）
具体细节，等仔细研究CSM过程中发现吧