Cascaded Shadow Maps (CSM) je technika používaná v počítačové grafice pro zlepšení kvality stínů v rozsáhlých herních prostředích. Řeší problém nízkého rozlišení stínů na větší vzdálenosti tím, že rozděluje zobrazovanou scénu do několika kaskád, přičemž každá má vlastní mapu stínů s vyšším rozlišením pro danou oblast.

Zjednodušené vysvětlení: Jak Cascaded Shadow Maps (CSM) fungují?

Představte si, že se díváte dalekohledem na zemi. Pokud byste měli jen jeden dalekohled s pevným zvětšením, detaily v dálce by byly rozmazané. CSM funguje tak, že místo jednoho dalekohledu použije několik dalekohledů s různým zvětšením, přičemž každý z nich se zaměřuje na jinou vzdálenost. Každý „dalekohled“ (tedy kaskáda) má svou vlastní mapu stínů, která ukládá informace o tom, které oblasti jsou osvětleny a které jsou ve stínu. Když se vykresluje scéna, hra vybere správnou mapu stínů (kaskádu) na základě vzdálenosti objektu od kamery, čímž zajistí, že stíny budou ostré a detailní iv dálce.

Jinými slovy, CSM dělí herní scénu na zóny podle vzdálenosti od hráče a pro každou zónu generuje samostatnou mapu stínů s adekvátním rozlišením. Zóny nejblíže k hráči mají mapy stínů s nejvyšším rozlišením, zatímco vzdálenější zóny používají mapy s nižším rozlišením. Tímto způsobem se optimalizuje využití paměti a výpočetního výkonu, protože není nutné používat mapu stínů s vysokým rozlišením pro celou scénu.

Proč je to důležité? (Vliv na vizuál a hratelnost)

  • Ostré a detailní stíny i na velké vzdálenosti.
  • Hlubší a realističtější pocit z herního světa.
  • Zlepšená vizuální kvalita rozsáhlých otevřených prostředí.
  • Minimalizace aliasingu (zubatosti) stínů.

Příklady v praxi: Které hry využívají Cascaded Shadow Maps (CSM)?

Technologii Cascaded Shadow Maps využívá řadu moderních her ke zlepšení kvality stínů. Mezi známé příklady patří The Witcher 3: Wild Hunt, který rozsáhle otevřené světy těží z detailních stínů, Grand Theft Auto V, kde CSM přispívá k realistickému osvětlení rozsáhlého města, a Assassin’s Creed Odyssey. CSM se často používá i ve hrách jako Fortnite pro konzistentní a kvalitní stíny napříč různými platformami.

Výhody a nevýhody

Výhody

  • Výrazné zlepšení kvality stínů oproti jednoduchým mapám stínů.
  • Optimalizace výkonu díky různému rozlišení map stínů pro různé vzdálenosti.
  • Realističtější a pohlcující herní prostředí.

Nevýhody

  • Vyšší nároky na výpočetní výkon ve srovnání s jednoduššími metodami stínování.
  • Možnost viditelných přechodů mezi kaskádami (artefakty), pokud jsou kaskády nesprávně nastaveny.
  • Komplexnější implementace a ladění.

Související technologie

CSM úzce souvisí s technikami jako Shadow Mapping, které jsou základem pro generování stínů. Alternativou k CSM může být Exponential Shadow Maps (ESM), která nabízí jemnější stíny, ale s jinými omezeními. Další technologie, které se zabývají kvalitou stínů jsou například PCSS (Percentage-Closer Soft Shadows) a Ray Traced Shadows, které nabízejí ještě realističtější, ale výpočetně náročnější řešení.

Technologie v kostce

Typ Technologie Renderování
Hlavní Přínos Zlepšení kvality stínů ve velkých herních světech.
Klíčoví Vývojáři Používá se napříč různými studiemi a enginy (Unity, Unreal Engine).
Typické Použití Hry s rozsáhlým otevřeným prostředím.
Příklady Her The Witcher 3, Grand Theft Auto V, Assassin’s Creed Odyssey.