1 阴影痤疮（Shadow Acne）#

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光源
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 │
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 │   ┌──────────── 表面（Shadow Map 记录的深度）
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 │   │
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 ▼   │╱╲╱╲╱╲╱╲╱╲  实际几何体（因为 Shadow Map 分辨率有限，有微小深度差）
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     └────────────

Shadow Map 的每个像素覆盖了表面的一小块区域。这块区域内深度有微小变化——导致某些像素错误地被判定为”在阴影中”，出现条纹状的自阴影斑块。

解决方案：Depth Bias（深度偏移）

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float shadow = (currentDepth - bias > shadowMapDepth) ? 1.0 : 0.0;

Bias 太小 → 还有痤疮。Bias 太大 → 阴影与物体分离（Peter Panning，彼得潘效应）。

UE 的做法：使用 Constant Bias + Slope-Scaled Bias。Slope-Scaled Bias 根据表面法线与光源方向的夹角动态调整——越接近平行（grazing angle），Bias 越大。

2 锯齿（Aliasing）#

Shadow Map 分辨率有限（如 2048×2048），投射到场景中，每个 Shadow Map 像素覆盖了场景中的一整块区域——阴影边缘呈现阶梯状锯齿。

解决方案：PCF（Percentage Closer Filtering）

不只是采样一个 Shadow Map 位置，而是采样周围一圈（如 3×3 或 5×5），取平均值：

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float shadow = 0.0;
2
for (int x = -2; x <= 2; x++) {
3
    for (int y = -2; y <= 2; y++) {
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        float depth = ShadowMap.Sample(Sampler, uv + float2(x,y) * texelSize);
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        shadow += (currentDepth - bias > depth) ? 1.0 : 0.0;
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    }
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}
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shadow /= 25.0; // 5×5 PCF

PCF 的本质是用更多采样换取更平滑的阴影边缘。代价是每像素 25 次纹理采样——在低端硬件上要注意。

1 单张 Shadow Map 的问题#

如果 Shadow Map 要覆盖整个摄像机视锥体（比如最远 500 米），分摊到近处物体时，每个 Shadow Map 像素覆盖的面积巨大——近处阴影锯齿严重。

2 把视锥体切成多层#

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Cascade 0: 0-10m    → Shadow Map 2048×2048（近处，高精度）
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Cascade 1: 10-40m   → Shadow Map 1024×1024
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Cascade 2: 40-150m  → Shadow Map 512×512
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Cascade 3: 150-500m → Shadow Map 256×256（远处，低精度，但屏幕占比小）

每个 Cascade 的 Shadow Map 只覆盖视锥体的一部分，分辨率分配更合理。近处的阴影精致，远处的阴影模糊但远处的物体在屏幕上也小——看不出来。

UE 默认使用 4 级 Cascade（可配）。在 DirectionalLight 的 Cascaded Shadow Maps 设置中可以调整级数和各级覆盖范围。

3 CSM 的额外开销#

每一级 Cascade 都需要一次独立的 Shadow Pass（从光源视角渲染一遍场景）。4 级 Cascade = 4 趟 Shadow Pass。这就是为什么 Directional Light 的影子在复杂场景里很贵——每个 Shadow Caster（有 Cast Shadow 标记的网格体）要被渲染 4 遍（每级 Cascade 一遍）。

优化手段：远处的 Cascade 可以降低网格体的 LOD 甚至直接跳过小物体。

1 CSM 的局限性#

CSM 的阴影质量是由 Shadow Map 的固定像素密度决定的——Cascade 0 的 2048×2048 分给 0-10 米范围，如果场景里有一棵离摄像机 2 米的大树，树干上的阴影细节可能仍然不够。

2 VSM 的核心思想#

不要固定分辨率的 Shadow Map。把 Shadow Map 虚拟化——只在需要阴影细节的地方分配更多 Shadow Map 页面（Page）：

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传统 Shadow Map：一整张固定大小的纹理
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VSM：一个巨大的虚拟纹理地址空间
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    → 屏幕上一个像素需要查阴影时，才去请求对应的 Shadow Map Page
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    → 近处物体需要的 Page 多（分辨率高），远处需要的少
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    → 类似虚拟纹理（Virtual Texture）——按需分配物理页面

3 与 Nanite 的配合#

Nanite 的高面数模型在传统 Shadow Map 里是灾难——每个三角形都要被光栅化到 Shadow Map。VSM 配合 Nanite，只光栅化实际上在 Shadow Map 里可见的三角形，大幅减少了 Shadow Pass 的几何负担。