Virtuální stínové mapy

Abstract

V této práci prezentuji Virtuální Stínové Mapy (VSMs), metodu pro vykreslování stínových map s výrazně lepší kvalitou a paměťovou efektivitou v porovnaní se současnými metodami. Metoda odděluje logický adresový prostor od jeho fyzické realizace rozdělením každé stínové mapy na sadu virtuálních stránek. Tímto je dosaženo zdánlivě vělkého a souvislého paměťového prostoru bez nutnosti kompletně rezervovat fyzickou paměť. V každém snímku jsou nalezeny viditelné stránky pomocí analýzy hloubkové textury. Fyzická stránka z designované paměťi je poté přiřazena každé viditelné stránce. Pro efektivní vyplění viditelných stránek využívám granularní ořezávání geometrie scény. Toto je zkombinováno s ukládáním jednotlivých stránek, což výrazně snižuje počet stránek, které musí být v každém snímku vyplněné. Ukazuji, že moje implementace je vhodná pro libovolný počet světelných zrojů různých typů, včetně směrových světel, bodových světel a reflektorů. Dále ukazuji, že tato technika škáluje na libovolný počet kaskád. Toto je způsobeno omezenou velikostí množiny viditelných stránek, které vyžadují přiřazenou fyzickou paměť. Tato metoda tedy může dosáhnout libovolné hustoty texelů na pixel v jakékoliv vzdálenosti s minimem vyplýtvaných stínových texelů.

In this work I present Virtual Shadow Maps (VSMs), a method for rendering shadow maps with greatly improved quality and memory efficiency compared to current methods. I separate logical address space from its physical backing by splitting each shadow map into a set of virtual pages. This achieves the appearance of a large contiguous memory without the need to reserve backing physical memory. For each frame, I find the set of visible pages by analyzing the depth buffer. Each visible page is assigned physical memory allocated from a designated memory pool. To efficiently fill visible pages with shadow map information, I utilize granular culling of the scene geometry. This is paired with caching of individual pages, which greatly reduces the number of pages that need to be filled each frame. I show that my implementation is well suited for multiple light sources of various types, including directional lights, point lights, and spotlights. Further, I show that this technique scales to an arbitrary number of cascades as only a fraction of virtual pages are visible and need to be backed each frame. The method can thus achieve any desired texel-to-pixel density at any distance with few wasted shadow texels.