近期出现了一个有关软阴影的新技术——基于距离场的软阴影渲染（Signed Distance Field Soft Shadows），本文将简要介绍一下它，并且看看在以后能不能做适当补充。

距离函数(Distance Function)

定义：对于空间中任一点，它离最近物体表面的距离。可定义符号，如点在物体内部就是负的。

下图是点在字母A上的SDF，左边是纯黑版，右边是根据距离不同可视化的结果，可见效果很不错。

作用

• “混合” 运动物体的边界：

如图，物体在A，B时间位于不同的位置，如果直接给它俩进行线性插值，就得不到移动边界。应该用SDF描述点离运动边界的距离，然后进行线性插值，最终得到的结果正好是物体在A，B间运动的结果。

• “混合”多个DF：

距离场(SDF)

可视化

距离场的可视化如图，可见很好的划分了空间中点与各物体间的关系。

用途

光线步进(Ray Marching)

使用Sphere Tracing 计算光线和最近物体SDF的求交。SDF在此充当“安全距离”作用，让光线知道自己离物体最近的距离。之后光线可以在以距离为半径的球内步进，且不会发生碰撞。当步进距离够长/SDF小于阈值时，光线停止步进。

生成软阴影

使用SDF的“安全距离”，转化为从着色点看向光源的“安全角度”，从而决定是否看到障碍物，决定该点是否被“遮挡”。

如何将“安全距离”转化为“安全角度”？

如图，在Ray Marching的过程中，在视线各个点上求最小”安全距离“，然后就能得到最小”安全角度“了。

如何计算呢？最直观的想法是用 但arcsin()计算太复杂了，我们只需近似求出角度即可： 其中，k决定阴影的软硬程度：

生成无限分辨率文字

也能使用SDF生成RTR领域中具有”无限“分辨率的文字，怎么放大都不会有锯齿。

优缺点

优点：很快，没有自遮挡/悬浮等问题，质量高。

缺点：存储占用大，要预计算，不好贴纹理。

参考资料

• GAMES202: 高质量实时渲染 (ucsb.edu)