Render Flow of Divinity II (part 2 shadow map)

Render Flow of Divinity II (part 2 shadow map)

作者：clayman 仅供个人学习使用，转载请保留作者以及原文链接，勿用于任何商业用途。

       上一篇文章介绍了Divinity2渲染流程的pre pass阶段，最后稍稍漏了一部分，这里补上。Pre-pass中ps 76行以后的代码是alpha test实现，这里asm代码逻辑看起来稍微有些奇怪，逻辑其实并不复杂，通过改变c0变量(AlphaTestFunction)的值，可以选择裁剪alpha值大于，小于或者等于AlphaTestRef的像素，比普通alpha test稍微高级一点点的版本:)    好了，接下来让我们看shadow map生成。

       Shadow map生成在pre-pass之后从EID 14924开始，点击0x226D8C80处的纹理，可以看到shadow map如下图所示:

　　 这是一张包含了4张shadow map的纹理，2048*2048，R16G16F格式，显然这是cascaded/parallel-split shadow maps。但如果你仔细看贴图中的内容，这并不是标准的ppsm，而是以视点为中心与观察方向无关的csm，类似于real-time 3^rd中介绍Hellgate:London所用的方法: generate a fixed set of shadow map at differernt resolutions , nested around the viewer.

        这里可以找到该算法的详细信息以及demo。由于与视线无关，这种方法的好处是不必每帧都重新渲染所有层次的shadow map，可以把计算分散到n帧进行，比如每帧总是渲染最靠近观察者的左上角L0级shadow map，n%3==0帧刷新L1级，n%3==1帧刷新L2，n%3==2刷新L3级shadow map，牺牲一定的质量换取性能。实际上游戏设置就有每帧刷新所有shadow map还是分步刷新的选项。Pix文件抓数据时用了最高设置，所以后面可以看到4张shadow map都刷新了。注意，因为是渲染到texture atlases，需要为不同的shadow map设置不同的viewport。下面是生成shadow map所用的vertex shader:

// Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 
// Parameters:
//   float4x4 kLightViewProj;
//   float4x4 kWorld;
// Registers:
//   Name           Reg   Size
//   -------------- ----- ----
//   kWorld         c0       4
//   kLightViewProj c4       4
//
// Default values:
//   kWorld
//     c0   = { 0, 0, 0, 0 };
//     c1   = { 0, 0, 0, 0 };
//     c2   = { 0, 0, 0, 0 };
//     c3   = { 0, 0, 0, 0 };
//
//   kLightViewProj
//     c4   = { 0, 0, 0, 0 };
//     c5   = { 0, 0, 0, 0 };
//     c6   = { 0, 0, 0, 0 };
//     c7   = { 0, 0, 0, 0 };
//

vs_1_1
def c8, 0, 0, 0, 0
dcl_position v0
   
dp4 r0.x, v0, c0       //worldPos = mul(inputPos,kWorld)
dp4 r0.y, v0, c1
dp4 r0.z, v0, c2
dp4 r0.w, v0, c3

dp4 oPos.x, r0, c4     //lightViewProjPos = mul(worldPos,lightViewProj);
dp4 oPos.y, r0, c5     //outPos.xy = lightViewProjPos.xy;
dp4 r1.x, r0, c6
dp4 r0.y, r0, c7

slt r0.z, r1.x, c8.x   //sign = (lightViewProjPos.z < 0)? 1 : 0;
mad r0.x, r0.z, -r1.x, r1.x   // temp = sign * (-lightViewProjPos.z) + lightViewProjPos.z;

mov oPos.zw, r0.xyxy   //outPos.zw = float2(temp ,lightViewProjPos.w);
mov oT0.xy, r0        //outTexcoord.xy = xxxx

     代码非常简单，唯一需要注意的是39,40行对z值为负数的情况作了处理(当物体位于camera之后)。另外，slt/mad也是最常见的用branchless代码实现branch的方法，翻译为普通代码相当于:
if(lightViewProjPos.z < 0)
   lightViewProjPos.z = 0;

 　　接下来是pixel shader代码：

 ps_2_0
    def c0, 0, 0, 0, 0
    dcl t0.xy

    rcp r0.w, t0.y           r0.w = 1 / lightViewProjPos.w
    mul r0.x, r0.w, t0.x     r0.x = r0.w * t0.x;
    mul r0.y, r0.x, r0.x     r0.y = r0.x * r0.x;
    mov r0.zw, c0.x          r0.zw = 00;
    mov oC0, r0

　　PS输出post-perspective距离，特别注意G通道中输出了距离的平方，所以这还是一张variance shadow map！EID24883完成了4张shadow map的渲染。 Divinity2只有静态物体产生阴影:(, 唯一比较特别的是树叶，树叶总是在每张shadow map最后渲染，如果采用跨帧渲染渲染，树叶阴影总是静态的，如果是全刷选项，树叶则是动态阴影。感兴趣可以查看24883处DP所用的shader，这里不再仔细分析。接下来EID24884 – 24928对shadow map做了blur，vs代码非常简单，只看第一个blur pass的ps代码：

// Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 
// Parameters:
//   float g_SunSMTexelSize;
// Registers:
//   Name             Reg   Size
//   ---------------- ----- ----
//   g_SunSMTexelSize c0       1

// Default values:
//g_SunSMTexelSize
//c0   = { 0.000488281, 0, 0, 0 };

preshader
mul c0.x, c0.x, (-2)
add c1.x, c0.x, c0.x

// approximately 2 instructions used
// Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 
// Parameters:
//   float g_SunSMTexelSize;
//   sampler2D shadowMapSampler;


// Registers:
//   Name             Reg   Size
//   ---------------- ----- ----
//   g_SunSMTexelSize c2       1
//   shadowMapSampler s0       1
// Default values:
//   g_SunSMTexelSize
     c2   = { 0.000488281, 0, 0, 0 };

ps_2_0
def c3, 0, 0.0625, 0, 0
def c4, 0.0625, 0.25, 0.375, 0.25
def c5, 0, 1, 0, 0
dcl t0.xy
dcl_2d s0

mov r0.x, c3.x               r0.x = c3.x
mov r0.y, c0.x               r0.y = g_SunSMTexelSize * -2
add r0.xy, r0, t0            r0.xy += texcoord

mov r1.x, c3.x
mov r1.y, -c2.x
add r1.xy, r1, t0            r1.xy = texcoord + float2(0,g_SunSMTexelSize *2);

mov r2.x, c3.x
mov r2.y, c2.x
add r2.xy, r2, t0            r2.xy = texcoord + float2(0,g_SunSMTexelSize);

mov r3.x, c3.x
mov r3.y, c1.x
add r3.xy, r3, t0            r3.xy = texcoord + float2(0,g_SunSMTexelSize * 4);

texld r0, r0, s0      
texld r1, r1, s0
texld r2, r2, s0
texld r4, t0, s0
texld r3, r3, s0

mov r0.y, r1.x          
mov r0.w, r2.x
mov r0.z, r4.x               r0 = float4(sample0.x,sample1.x,sample2.x,sample4.x);


mul r1, r0, r0               r1 = mul(r0,r0); //r0^2
dp4 r0.w, r0, c4             weightSum = dot(r0,c4);  
dp4 r1.w, r1, c4             weightSum2 = dot(r1,c4); 
mul r2.w, r3.x, r3.x         r2.w = r3 * r3
mad r0.x, r3.x, c3.y, r0.w   r0.x = r3.x * 0.0626 + weightSum 
mad r0.y, r2.w, c3.y, r1.w   r0.y = r2.w * 0.0625 + weightSum2 
mov r0.z, c5.x
mov r0.w, c5.y
mov oC0, r0                  return float4(r0.x,r0.y,0,1);

// approximately 29 instruction slots used (5 texture, 24 arithmetic)

　　标准的水平模糊，做了5个采样点 -2,0,1,2,4。有意思的是采样只用了普通的深度，然后做了一次平方，而没有直接读取shadow map中之前输出的深度平方值。这样的话，其实shadow map生成还有优化余地，直接使用f16的纹理，或者f32的纹理也行。最后一段代码看起来稍微有些复杂，其实只是加上了第5个参数的权重而已。

         从EID24948开始，又专为主角渲染了一张shadow map，纹理大小1024*1024，R32F格式，代码和之前的类似，只不过vs多了骨骼动画的计算.这里不详细讨论。

         下一次，我将介绍最复杂也是最有意思的light pass阶段。最后，foward渲染阶段时，再着重分析各种不同物体(terrain,model,sky...)的渲染。

--------------------------本人才学疏漏，如有错误欢迎指证，未完待续--------------------------------