为何光源与相机裁剪空间变换一致时仍存在自阴影走样问题

差异点定位 #

1. 矩阵运算顺序错误带来的浮点误差
   你的Camera Pass顶点着色器中，对光源空间裁剪坐标的处理顺序是「先乘偏置矩阵biasMat，再在片元着色器做透视除法」，这和Light Pass的硬件处理逻辑完全相反：
   Light Pass中硬件对gl_Position的处理顺序是先做透视除法得到NDC坐标，再做视口变换、深度范围映射写入深度缓冲。你提前乘biasMat会改变透视除法前的坐标值，引入额外的浮点舍入误差。

2. 深度计算路径不一致的误差
   Light Pass写入深度缓冲的深度值是硬件光栅化阶段直接生成的，经过了固定管线的深度范围映射、精度截断（取决于你用的深度缓冲格式，比如D24S8只有24位精度），而你在Camera Pass片元着色器中计算的depthInLightSpace是着色器端32位浮点运算的结果，两者天然存在精度差。

3. 插值精度差异
   你在Camera Pass顶点着色器中计算vPositionFromLight后，经过跨三角形插值传递到片元着色器，这个插值过程的精度和Light Pass中硬件直接对深度值做的光栅化插值精度不一致，尤其是透视投影下非线性深度的插值误差会被放大。

4. 无深度偏移的直接比较
   你直接用depthFromShadowMap >= depthInLightSpace做判断，哪怕只有1e-6量级的浮点误差，也会导致本应该相等的深度被判为更小，触发误遮挡。

修复方案 #

1. 调整偏置矩阵的运算顺序：在片元着色器做完透视除法得到NDC坐标后，再乘偏置矩阵做坐标映射，或者直接提前把biasMat * proj * uLightViewMatrix预计算成一个光影投影矩阵，减少着色器端的运算次数。
2. 增加深度偏移：比较时给depthInLightSpace增加一个极小的固定偏移，比如0.0005，或者根据场景深度范围动态调整偏移值，也可以在Light Pass绘制时开启多边形偏移（Vulkan对应vkCmdSetDepthBias）直接给写入的深度值加偏移。
3. 尽量用更高精度的深度缓冲格式：比如用D32_SFLOAT格式的深度纹理，减少精度截断带来的误差。
4. 可选优化：如果是方向光可以用正交投影减少非线性深度的插值误差，或者使用百分比渐近过滤(PCF)、方差阴影映射(VSM)等算法弱化精度问题带来的走样。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者wangsy