角色阴影

刘海投影既要跟随头发，也要保持脸部可读。普通阴影贴图、专用遮罩、屏幕偏移和射线求交保存的信息不同。我们先确定投影对象和消费者，再按角色距离、平台与画面档位选择。

角色遮挡与阴影

头发投脸阴影

Face SDF 描述脸部设计明暗分区，不能准确处理刘海。头发投影可以使用：

• 普通阴影贴图；
• 单独头发投影通道，把头发深度/遮罩投到 Face；
• 屏幕空间偏移阴影；
• 美术绘制的固定 Hair 阴影遮罩。

阴影贴图物理关系较完整，但 Bias、分辨率和 PCF 会影响细线。Screen-space 偏移便宜且可控，却会随 FOV、头部旋转和遮挡穿帮。

专用头发投影通道可以只让头发写入角色局部阴影遮罩，再由脸材质采样。需要用 Stencil/ID 防止投到场景或其他角色，并处理透明发片与 Alpha 裁剪。

深度偏移法

延迟路径下有一种成本很低的做法：在计算面部着色时，把当前像素的屏幕坐标沿光照方向偏移一段，采样偏移处的深度，若该处存在头发（靠材质分类 ID 判断）且深度更近，就判定当前像素处于刘海投影中。

它的本质是在屏幕空间做一次单步的光线步进。前提是能够区分头发与面部——这正是材质分类 ID 或专用缓冲的用途。

三个必须处理的问题：偏移量需要随深度缩放，否则远处角色的投影会过大；偏移方向应来自光方向在屏幕空间的投影，而非固定方向；单次采样会产生硬边，需要多次采样或与 SDF 结果混合。

穿帮场景是可预期的：头发被其他物体遮挡时深度信息丢失；侧面视角下屏幕空间偏移与真实几何关系脱节；FOV 变化会改变偏移的视觉尺度。

屏幕候选的深度判据

取面部世界位置 P，沿指向光源的单位方向 L 移动一个世界长度 h，得到候选点 Q=P+hL，再把 Q 投影到屏幕。使用透视除法后的 UV 采样头发 ID 和正线性深度，不能把世界方向 XY 直接加到 UV。

Q = facePositionWS + towardLightWS * testDistanceMeters
uvQ = ProjectToUV(Q)
if uvQ outside viewport: visibility = 1
else:
    depthQ = PositiveViewDepth(Q)
    hairDepth, id = LoadNearestSurface(uvQ)
    blocked = (id == thisCharacterHairId) and (hairDepth < depthQ - bias)
    visibility = blocked ? 0 : 1

例如Q的正观察深度为5米，候选最近表面为本角色头发、深度4.8米，bias为0.01米，判据成立；若4.8米表面属于另一角色则拒绝。即使ID与深度均满足，头发可能位于候选射线前方而没有穿过P到Q的光线段，这正是单样本近似的假阳性来源。

这只是一次屏幕候选测试：采到更近的头发并不证明光线段真正穿过它，厚度与侧视误差仍存在。h 越大，候选离面部越远，误匹配的范围也越大。使用多个样本可以缓和边界，但无法恢复离屏头发；因此它作为艺术近似，并用真实阴影贴图对照诊断。

光追投影

支持硬件光追时，可以从面部像素向光源发射阴影射线，只与头发几何求交。它使用实际头发几何求可见性，减少阴影贴图分辨率和离屏信息缺失的问题；薄发片、Alpha处理、自相交与低样本噪声仍需限定。

代价很直接：需要为角色维护加速结构、每帧更新蒙皮后的几何、承担光追本身的性能与硬件门槛。通常只在高配档位启用，低配回退到深度偏移或阴影贴图。

方案条件

选择取决于画面档位与角色重要性。可以按角色重要性与平台预算分档，实际成本和画质在同一场景比较。

角色阴影贴图

PCF/PCSS的滤波与半影机制见 Shadow Map。角色页只选择过滤尺度、Bias区域和艺术重映射。

角色 NPR 不一定追求物理软阴影。常用控制：

• 固定或量化 Filter Radius，保持动画片色块；
• 给脸、头发和身体不同 Bias；
• 用阴影 Ramp 重映射可见性；
• 限制自阴影区域；
• 主光使用高质量阴影，附加光不产生复杂色块。

Bias 过大造成悬浮阴影，过小产生自阴影条纹。法线偏移还会让细脸和发片轮廓偏移，必须近距离检查。

验证方法

分别显示头发遮罩、角色局部深度与最终阴影，测试侧视、被遮挡头发和FOV变化。通用PCF/PCSS与Bias机制以阴影贴图为主归属，角色页只说明过滤尺度和区域控制。

相关主题

• Shadow Map
• Face SDF
• 风格化头发高光
• 风格化眼睛

参考资料

• Microsoft：Texture2D.Load：纹理按整数坐标读取的接口语义；本文角色深度/ID与世界偏移方案为独立设计，不归属于特定商业作品。