实现动态阴影：Shadow Mapping详解

# 第一章：理解阴影映射

## 1.1 什么是阴影映射？

阴影映射（Shadow Mapping）是计算机图形学中常用的一种实现阴影效果的技术。通过阴影映射，我们可以在渲染场景时绘制出物体的阴影，并使其在场景中产生真实感。

## 1.2 阴影映射的工作原理

阴影映射的工作原理可以简述为以下几个步骤：

1. 首先，我们需要确定光源的位置和方向。光源可以是点光源、平行光源或者聚光灯等，通过确定光源的位置和方向，我们可以计算出光源投射到场景中物体的阴影。

2. 然后，我们构建一个深度图（depth map），它是一个从光源的透视角度下渲染场景所得到的深度图像。深度图记录了从光源到场景中物体的最近距离，可以帮助我们确定阴影的形状。

3. 在进行场景渲染时，我们需要通过阴影映射矩阵将场景中的物体投射到深度图上。阴影映射矩阵可以将场景中的顶点坐标转换为深度图中对应的纹理坐标。

4. 最后，在渲染物体时，我们可以使用投射到深度图上的纹理坐标来进行阴影的计算。根据纹理坐标对应的深度值，我们可以确定物体在光源下是否被遮挡，从而绘制相应的阴影效果。

## 1.3 静态阴影和动态阴影的区别

在阴影映射中，我们可以区分静态阴影和动态阴影。静态阴影是指光源和物体之间的相对位置和方向不发生变化的情况下，计算出的阴影效果。而动态阴影则是指光源和物体之间的相对位置和方向会发生变化，比如光源的移动或物体的移动。

静态阴影的计算相对较简单，由于物体和光源的位置不变，可以预先计算阴影，并将其保存下来。但是对于动态阴影来说，由于物体和光源的位置变化，需要在每一帧实时计算阴影，因此计算复杂度较高。

动态阴影的实现对于绘制真实感的场景至关重要，但也对系统性能提出了更高的要求。因此，需要采取一些优化策略来提高动态阴影的效果和性能。
## 第二章：Shadow Mapping的原理与技术

阴影映射（Shadow Mapping）是一种常用的实时阴影渲染技术，它可以在实时渲染中模拟光源投射的阴影效果。在本章中，我们将深入探讨Shadow Mapping的原理与技术，包括深度图和阴影映射矩阵、阴影映射的实现原理以及基于Shadow Mapping的阴影渲染流程。

### 2.1 深度图和阴影映射矩阵

在Shadow Mapping中，深度图和阴影映射矩阵是实现阴影效果的关键。深度图是从光源的视角下渲染场景得到的一张深度纹理，记录了场景中每个像素点到光源的距离。阴影映射矩阵则是通过将场景从光源的视角投影到摄像机视角，将深度信息转换成纹理坐标的矩阵变换，从而将深度信息储存在纹理中。

### 2.2 阴影映射的实现原理

阴影映射的实现原理涉及到两个关键步骤：首先，我们需要渲染深度图，来捕捉从光源视角下的场景深度信息；其次，通过阴影映射矩阵，将深度信息存储到纹理中，并在后续的渲染过程中利用这些深度信息进行阴影的计算。

### 2.3 基于Shadow Mapping的阴影渲染流程

基于Shadow Mapping的阴影渲染流程可以简要概括为：首先，渲染深度图，更新深度纹理；接着，在正常渲染场景时，对每个片元进行阴影采样，判断当前片元是否在阴影中。最后，根据阴影采样结果，混合光照，生成最终的阴影效果。

### 第三章：静态阴