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背景

我正在使用 C++ 和现代 OpenGL (3.3) 开发 3D 游戏。我现在正在研究照明和阴影渲染，并且我已经成功实现了定向阴影映射。在阅读了游戏的要求后，我决定我需要点光阴影贴图。在做了一些研究之后，我发现要做全向阴影贴图我会做一些类似于定向阴影贴图的事情，但是用立方体贴图代替。

我以前没有立方体贴图的知识，但我对它们的理解是立方体贴图是六个纹理，无缝连接。我环顾四周，但不幸的是，我很难找到关于现代 OpenGL 主题的权威“教程”。我首先寻找从头到尾解释它的教程，因为我很难从源代码片段或只是概念中学习，但我尝试了。

目前的理解

这是我对这个想法的一般理解，减去技术细节。请纠正我。

  • 对于每个点光源，都会设置一个帧缓冲区，例如定向阴影映射
  • 然后生成单个立方体贴图纹理，并使用glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, shadowmap).

  • 立方体贴图设置有以下属性：

    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

（这也类似于定向阴影贴图）

  • 现在glTexImage2D()迭代六次，每个面一次。我这样做：

     for (int face = 0; face < 6; face++) // Fill each face of the shadow cubemap
     glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + face, 0, GL_DEPTH_COMPONENT32F , 1024, 1024, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, NULL);

  • 纹理通过调用附加到帧缓冲区

    glFramebufferTexture(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, shadowmap, 0);

  • 当要渲染场景时，它会分两次渲染，就像定向阴影贴图一样。

  • 首先，绑定阴影帧缓冲区，将视口调整为阴影贴图的大小（本例中为 1024 x 1024）。
  • 剔除设置为正面glCullFace(GL_FRONT)
  • 活动着色器程序切换到顶点和片段阴影着色器，我将提供进一步向下的来源

  • 计算所有六个视图的光照视图矩阵。我通过创建一个 glm::mat4 和push_back()矩阵的向量来做到这一点，如下所示：

    // Create the six view matrices for all six sides
for (int i = 0; i < renderedObjects.size(); i++) // Iterate through all rendered objects
{
    renderedObjects[i]->bindBuffers(); // Bind buffers for rendering with it

    glm::mat4 depthModelMatrix = renderedObjects[i]->getModelMatrix(); // Set up model matrix

    for (int i = 0; i < 6; i++) // Draw for each side of the light
    {
        glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, shadowmap, 0);
        glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // Clear depth buffer

        // Send MVP for shadow map
        glm::mat4 depthMVP = depthProjectionMatrix * depthViewMatrices[i] * depthModelMatrix;
        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "depthMVP"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthMVP));

        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "lightViewMatrix"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthViewMatrices[i]));
        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "lightProjectionMatrix"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthProjectionMatrix));
        glDrawElements(renderedObjects[i]->getDrawType(), renderedObjects[i]->getElementSize(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
    }
}

  • 绑定了默认的framebuffer，正常绘制场景。

问题

现在，到着色器。这就是我的理解枯竭的地方。我完全不确定我应该做什么，我的研究似乎相互冲突，因为它适用于不同的版本。我最终从随机来源温和地复制和粘贴代码，并希望它能够实现除黑屏之外的其他功能。我知道这很糟糕，但似乎没有关于做什么的明确定义。我在哪些空间工作？我什至需要一个单独的阴影着色器，就像我在定向点照明中使用的那样？我到底用什么作为阴影立方体贴图的类型？采样立方体？采样立方体阴影？如何正确采样所述立方体贴图？我希望有人可以为我清除它并提供一个很好的解释。我目前对着色器部分的理解是： - 当场景被渲染到立方体贴图时，顶点着色器简单地采用我在 C++ 代码中计算的 depthMVP 统一，并通过它们转换输入顶点。- 立方体贴图传递的片段着色器只是将单出值分配给gl_FragCoord.z. （这部分与我实现定向阴影贴图时没有变化。我认为立方体贴图是一样的，因为着色器甚至不与立方体贴图交互 - OpenGL 只是将它们的输出渲染到立方体贴图，对吧？因为它是帧缓冲区？）

  • 正常渲染的顶点着色器没有改变。
  • 在用于法线渲染的片段着色器中，顶点位置通过灯光的投影和视图矩阵转换到灯光的空间中。
  • 这在立方体贴图纹理查找中以某种方式使用。？？？
  • 一旦使用魔法手段检索到深度，就会将其与光到顶点的距离进行比较，就像定向阴影贴图一样。如果它较少，则该点必须被遮蔽，反之亦然。

理解的不多。我对顶点如何转换并用于查找立方体贴图一无所知，因此我将粘贴我的着色器的源代码，希望人们能澄清这一点。请注意，很多代码都是盲目复制和粘贴的，我没有做任何更改以免影响任何理解。

阴影顶点着色器：

#version 150

in vec3 position;

uniform mat4 depthMVP;

void main()
{
    gl_Position = depthMVP * vec4(position, 1);
}

阴影片段着色器：

#version 150

out float fragmentDepth;

void main()
{
    fragmentDepth = gl_FragCoord.z;
}

标准顶点着色器：

#version 150

in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 texcoord;

uniform mat3 modelInverseTranspose;
uniform mat4 modelMatrix;
uniform mat4 viewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;

out vec3 fragnormal;
out vec3 fragnormaldirection;
out vec2 fragtexcoord;
out vec4 fragposition;
out vec4 fragshadowcoord;

void main()
{
    fragposition = modelMatrix * vec4(position, 1.0);
    fragtexcoord = texcoord;
    fragnormaldirection = normalize(modelInverseTranspose * normal);
    fragnormal = normalize(normal);
    fragshadowcoord = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * vec4(position, 1.0);


    gl_Position = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * vec4(position, 1.0);
}

标准片段着色器：

#version 150

out vec4 outColour;

in vec3 fragnormaldirection;
in vec2 fragtexcoord;
in vec3 fragnormal;
in vec4 fragposition;
in vec4 fragshadowcoord;

uniform mat4 modelMatrix;
uniform mat4 viewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;
uniform mat4 viewMatrixInversed;

uniform mat4 lightViewMatrix;
uniform mat4 lightProjectionMatrix;

uniform sampler2D tex;
uniform samplerCubeShadow shadowmap;

float VectorToDepthValue(vec3 Vec)
{
    vec3 AbsVec = abs(Vec);
    float LocalZcomp = max(AbsVec.x, max(AbsVec.y, AbsVec.z));

    const float f = 2048.0;
    const float n = 1.0;
    float NormZComp = (f+n) / (f-n) - (2*f*n)/(f-n)/LocalZcomp;
    return (NormZComp + 1.0) * 0.5;
}

float ComputeShadowFactor(samplerCubeShadow ShadowCubeMap, vec3 VertToLightWS)
{   
    float ShadowVec = texture(ShadowCubeMap, vec4(VertToLightWS, 1.0));
    if (ShadowVec + 0.0001 > VectorToDepthValue(VertToLightWS)) // To avoid self shadowing, I guess
        return 1.0;

    return 0.7;
}

void main()
{
    vec3 light_position = vec3(0.0, 0.0, 0.0);
    vec3 VertToLightWS = light_position - fragposition.xyz;
    outColour = texture(tex, fragtexcoord) * ComputeShadowFactor(shadowmap, VertToLightWS);
}

我不记得 ComputerShadowFactor 和 VectorToDepthValue 函数代码是从哪里来的，因为我在我的笔记本电脑上研究它，我现在无法访问，但这是这些着色器的结果：

这些着色器的结果

它是一个被阴影空间包围的无阴影空间的小正方形。

我显然在这里做错了很多，可能集中在我的着色器上，由于缺乏对该主题的了解，因为我发现除了教程之外很难从任何东西中学习，对此我感到非常抱歉。我很茫然，如果有人可以清楚地解释我做错了什么，为什么它错了，我该如何解决它，甚至可能是一些代码，那就太好了。我认为问题可能是因为我在错误的空间工作。

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1 回答 1

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我希望为您的一些问题提供答案，但首先需要一些定义：

什么是立方体贴图？

它是从一个方向向量到一对[面，该面上的 2d 坐标] 的映射，通过将方向向量投影到假设的立方体上获得。

什么是 OpenGL 立方体贴图纹理？

它是一组六个“图像”。

什么是 GLSL 立方体贴图采样器？

它是一个采样器原语，可以从中进行立方体贴图采样。这意味着它是使用方向向量而不是通常的纹理坐标进行采样的。然后，硬件将方向向量投影到假设的立方体上，并使用生成的 [face, 2d texture coordinates] 对在右侧 2d 位置对右侧“图像”进行采样。

什么是 GLSL 阴影采样器？

它是一个采样器基元，绑定到包含 NDC 空间深度值的纹理，当使用特定于阴影的采样函数进行采样时，返回 NDC 空间深度（在阴影贴图的同一空间中，显然）和存储在有界纹理内的 NDC 空间深度。调用采样函数时，要比较的深度被指定为纹理坐标中的附加元素。请注意，提供阴影采样器是为了便于使用和提高速度，但始终可以在着色器中“手动”进行比较。

现在，对于您的问题：

OpenGL 只是将 [...] 渲染到立方体贴图，对吗？

不，OpenGL 渲染到当前有界帧缓冲区中的一组目标。

对于立方体贴图，通常的渲染方式是：

  • 创建它们并将它们的六个“图像”中的每一个附加到同一个帧缓冲区（显然在不同的附加点）
  • 一次只启用一个目标（因此，您在每个立方体贴图面中单独渲染）
  • 在立方体贴图面中渲染您想要的东西（可能使用特定于面的“视图”和“投影”矩阵）

点光阴影贴图

除了关于立方体贴图的所有内容之外，使用它们来实现点光阴影映射存在许多问题，因此很少使用硬件深度比较。

相反，常见的做法如下：

  • 而不是写 NDC 空间深度，写从点光源的径向距离
  • 查询阴影贴图时（见底部示例代码）：
    • 不要使用硬件深度比较（使用 samplerCube 而不是 samplerCubeShadow）
    • 在“立方体空间”中变换要测试的点（根本不包括投影）
    • 使用“立方体空间”向量作为查找方向来采样立方体贴图
    • 比较从立方体贴图采样的径向距离与测试点的径向距离

示例代码

// sample radial distance from the cubemap
float radial_dist = texture(my_cubemap, cube_space_vector).x;

// compare against test point radial distance
bool shadowed = length(cube_space_vector) > radial_dist;
于 2012-12-23T00:00:45.247 回答