大家一定很熟悉大场景的阴影渲染容易出现的锯齿问题，我这里就不废话了。这个问题常用的解决方式是Cascaded Shadow Map（CSM），用一系列同样大小的shadow map，每个管视锥的一个范围。现在大部分引擎也都支持CSM，各种资料也很齐全，所以我这里不详细阐述原理了。想了解细节的可以看原论文，或者GPU Gems 3的文章。
CSM还是PSSM
一个常见的疑问是为什么有的叫它CSM，有的叫他PSSM（Parallel-Split Shadow Map）。实际上原论文是把它叫做PSSM，工业界实现的时候选择了个更广泛的名字CSM。从名字本身来说，只要是一系列层级关系的shadow map，就能叫CSM，而只有平行切分视锥的才叫做PSSM。换句话说，CSM是个种类，PSSM是具体方法。
PSSM
如前面所说，一般实现的CSM都是用的PSSM。算法分为几个步骤：
- 把视锥根据log的距离分布平行切成几个区域。
- 计算每个区域的scale和bias，组成crop matrix乘到projection matrix之后。
- 对每一区域都生成一张shadow map。
- 在使用的时候，根据像素在视空间的位置确定自己是在哪个区域，以选择shadow map。
除了步骤2，其他都没什么特别的。步骤2的本质就是通过放缩和平移，把shadow map“集中”到看得见（视锥内）的区域。实现本身不难，这里就提几个容易遇到的小陷阱。
光锥的建立
在切分视锥之前，需要先建立light的“视锥”（也就是光锥），用来包裹视锥。在不同的区域，这个光锥会用不同的crop matrix变换，以最大化shadow map使用率。由于CSM要处理的光源是阳光这样的非局部平行光，不像spot light那样可以直接给出光锥。在实践中，一个比较好的确定光锥view matrix的方法是：
- 用视锥的中心为视点、光的方向为视线方向，视锥的up为上方向，算出一个初始的view matrix
- 把视锥的八个角点变换到1的view space内，算个AABB
- 把视点沿着光的方向移到AABB之外，重新建立view matrix
这样得到的view能包裹住整个视锥，却又不会有太多多余的面积。projection matrix是个平行投影，宽、高、远近平面也可以从上面的2里得到的AABB计算出来。
有了光锥的view和projection，就能根据PSSM的算法来产生和使用shadow map了。
关闭depth clip
第一次这么尝试之后，PSSM的阴影在大部分时候都挺好，但在视线接近光的方向、以及视线逆着光的方向的时候，部分阴影会突然消失。查了很多地方都没有头绪，最后发现情况发生在，一个区域的物体不会投到另一个区域，因为在产生另一个区域的shadow map时，别的区域的物体已经被远近平面切掉了。解决方法是关闭掉远近平面的裁剪。在D3D10+，这是通过关闭depth clip来做到，在OpenGL，这是通过打开depth clamp来做到。类似的名字，相反的操作，要小心区分。
shadow map的产生
KlayGE中的shadow map都是通过渲染到depth texture，再做一次depth to linear的操作，把非线性的depth转换成线性的、view space的depth，同时计算VSM需要的depth平方。但原先的线性化公式仅仅适用于透视投影，平行投影需要另一个公式。于是就等于需要把depth to linear、VSM等好多个shader都加上支持平行投影的。与其如此，不如简化成在生成shadow map的时候就直接渲染到VSM，把view space depth存出去，不经过线性化。但不排除以后找到更好的方法之后，恢复到原先方法的可能。
光锥裁剪
在产生每一个区域的shadow map是，按说可以根据view * projection * crop后的matrix做一次光锥裁剪，去掉不在光锥内的物体。但目前我的实现里，如果打开了这个，就会多裁一些物体，还没找到原因。
结果
解决或者绕开这几个坑之后，PSSM就可以顺利使用了。分成4个区域的结果如下。残余的一些锯齿来自于deferred shadowing，不是PSSM造成的。
如果不分区域，结果就是这样：
对PSSM做一些分析，可以发现它有两个算法上的缺点。第一个是，PSSM对阴影效果影响很大的地方是光锥的集中程度。如果光锥需要包裹整个视锥，那么即便视锥的近平面上有面墙挡住了整个视野，光锥仍然不能集中到可见的pixel上。有一个优化方法是根据视锥内物体的AABB来提高光锥的集中效率，但如果遇上前面说的那面墙，情况并不会得到改善。另一个缺点是，决定区域划分的时候有一个参数，通过对它的调整可以改善近距离区域或者远距离区域的阴影质量，但不能两全其美。
下一篇打算介绍一下新的CSM方法：SDSM，能根据可见pixel来动态分配区域划分，完全解决掉这两个问题。
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