[sig12]几个AAA游戏中的阴影技术

http://www.dimension3.sk/downloads/valient12_shadows_in_games.pdf

killzone的开发公司Guerrilla的tech lead, michal valient带来，这个文章可以说是我看过的shadow的文章最特别的一篇，其中众星云集，包括：

• god of war 3(奎爷一出谁与争锋，封面图片当然是奎爷的了）
• far cry 3
• killzone 3
• infamous
• two world

killzone3是一个30fps的游戏，作者表示做60fps游戏的人都是”骑着迅猛龙长大的，和北极熊干架的大神“，这个深有同感，当为了零点几毫秒的优化而费劲脑筋的时候，有人以翻一倍的性能在跑，这tmd也太恐怖了。

33ms是ps3上的一个数据，其中

• 13ms：geometry
• 10ms : post process
• 10ms : lighting&shadow

shadow发展到现在，在这一代，技术上已经比较稳定了，常规做法大家基本有了共识：

• cascaded shadow map
• percentage close filter
• variance shadow maps

这个文章并不是一个革命性的带来什么新奇算法的，而是更加实用的，集中了几个AAA游戏的做法。

little big planet

这波哥们最暴力了，他们把场景都voxel话，然后计算irradiance volume， 用ray casting计算shadow和ao。

当然little big planet场景简单太多了。

killzone3

基本部分：

• 4 cascaded shadow map
• pcf
• stabilization（或者说是pixel snapping）防止抖动
• 1408x1408 d16 shadow map，1张
• 10+带阴影的点光源
• 5k+ object
• shadow map渲染时间是4-5ms
• 点光源比较远的时候使用低精度的shadow map
• 小物体skip
• depth bound

特别部分：

kz3有offline cook的lightmap（只有shadow的信息），这样的话realtime shadow map可以在80米的地方就截止，而且lightmap可以产生stencil mask，进而skip掉不少像素。

infamous

基本：

• 3 cascade
• cascade之间有blend来避免生硬的过渡
• 放置了不少大型的occluder来cull掉挡住的物体，然后也可以避免light bleeding

特别：

• 会调整shadow map的方向，让建筑竖直的边和shadow map的u coordinate一致
• 最后一个cascade用于particle的shadow
• cut scene时候用专门的shadow map---专门绕着主角来

GodOfWar(psp&god of war collection ps3)

。。。原来psp的god of war与god of war collection ps3不是一个团队开发的。

这个版本的有一个引擎叫做ReadyAtDawnEngine。

• light indexed deferred
• evsm
• sample distribution shadow maps
• overdraw counting
• 这个很有nice，在构建shadowmap的时候使用stencil来查每个像素的overdraw，如果没有发生overdraw，也就意味着这个像素点上是只有shadow caster，没有receiver，那么这点上可以不画caster
• 但是这个信息怎么拿来来skip掉一些object，没说。。。

farcry3

这个真正亮，farcry3是一个超大场景，有日夜变换的游戏。

csm只延伸到40米，之后是使用另外一个shadow技术，可以覆盖到2kmx2km的范围。

做法是在每一个tile(64mx64m）上构建了一个heightmap（低端机器32x32，高端pc48x48），每一个像素投射到具体的这个tile的heightmap中，高于这里的高度值的就是没shadow，反之就是有shadow。

构建的过程是逐tile的，而且分帧计算：

1. 构建light view depth，256x256
2. 然后在tile上的格子向上采样（采样的过程就类似计算shadow了），分别隔5m,10m,40m这样，选取最高的高度，存下来，resolution是192x192
3. downsample 192的texture到32x32.

这种做法有这么几个优势：

• 文中没有提到，但是我觉得最棒的地方就是每个tile可以很好的分帧，我在项目里也写了个类似的，realtime的cook了一些shadow信息，然后多帧重用，但是分帧就不太好做，farcry3就可以很好的3帧一个tile的逐渐更新
• quality上比普通的shadow map要来的好，filter和插值都非常的好

GodOfWar3

这里的shadow都是基于tile来做的，cascade是8x8x4的cell，在构建shadow的时候是8x8的2d的。

细节说的太不清楚了，还是看gdc10的原版paper吧。

two worlds 2

• cascaded shadow map
• 低精度的(1/4)的shadow buffer，然后使用bilateral upsampling
• temporal caching提升shadow和ao的品质
• 用于查询的是key，查询的结果是value
• 这里的key是pixel的depth
• shadow和ao的结果是value

一些未来的方向：

• 体积阴影（volumetrics)
• 透明物体的阴影（这个不是比较普遍了么？）
• voxelize