我的阴影贴图实现有啥问题？

Posted 2023-02-27

【中文标题】我的阴影贴图实现有啥问题？

【英文标题】：What is wrong with my shadow map implementation?我的阴影贴图实现有什么问题？

【发布时间】：2013-06-05 05:19:23

【问题描述】：

我正在尝试在我的游戏中实现阴影映射。您在下面看到的着色器会为游戏地图正确绘制阴影，但在地图上四处走动的所有模型都是全黑的。

截图如下：

我怀疑问题出在世界位置的计算上。 gl_Vertex 不会以任何方式进行转换。因为地图是使用绝对世界坐标生成的，所以使用光照矩阵的变换会产生一个正确的相对位置，可用于执行阴影映射。

但是，我的 3D 模型都非常接近原点。因此，如果使用光照矩阵对它们的坐标进行简单转换，它们很可能永远不会被点亮。

我想知道是否会出现这种情况，如果是，我该如何解决。

这是我的顶点着色器：

#version 120
uniform mat4x4 LightMatrixValue;

varying vec4 shadowMapPosition;
varying vec3 worldPos;

void main(void)

    vec4 modelPos = gl_Vertex;
    worldPos=modelPos.xyz/modelPos.w;

    vec4 lightPos = LightMatrixValue*modelPos;

    shadowMapPosition = 0.5 * (lightPos.xyzw +lightPos.wwww);
    gl_Position = ftransform();

片段着色器： 变化 vec4 shadowMapPosition; 不同的 vec3 worldPos;

uniform sampler2D depthMap;
uniform vec4 LightPosition;

void main(void)

    vec4 textureColour = gl_Color;
    vec3 realShadowMapPosition = shadowMapPosition.xyz/shadowMapPosition.w;
    float depthSm = texture2D(depthMap, realShadowMapPosition.xy).r;

    if (depthSm < realShadowMapPosition.z-0.0001)
           
        textureColour = vec4(0, 0, 0, 1);
    
    gl_FragColor= textureColour;

【问题讨论】：

首先，截图没有说明什么——第二——为什么这么复杂？只需在第一遍中从光线的角度渲染场景 - 由于深度测试，阴影中的表面位置将被更接近光线的位置覆盖！在第二遍中，从眼睛的角度渲染场景，同时将顶点转换为光照 pov，以执行阴影贴图检查！

@dinony 在我看来好像就是这样做的。有LightMatrixValue*modelPos 用于在光线pov 中进行转换。以及相应的查找。但是如果不知道阴影贴图是如何创建的，就很难猜出哪里出了问题。 0.5 * (lightPos.xyzw +lightPos.wwww) 可能是问题所在。还有纹理查找中的realShadowMapPosition.xy。

@dinony：正如 t.niese 指出的那样，我确实已经这样做了。据我所知，问题在于计算阴影距离本身。地图上投射了正确的阴影，因为像素已被其前面的单位遮挡。这些单位不会，因为它们没有以某种方式进行变换，以提供它们相对于灯光位置的位置。

@t.niese：我使用额外的渲染通道创建阴影贴图，该通道仅存储从灯光的角度来看的像素深度。如果你愿意，我可以添加代码。

阴影贴图的创建方式（着色代码）始终很重要，因为这会影响到固定的z 值。你为什么要这样做0.5 * (lightPos.xyzw +lightPos.wwww)（你对此有什么期望）lightPos 这是从光源位置的原点到顶点的vector（假设LightMatrixValue与 Shadow shader) 中使用的矩阵相同。因此，通过这种计算（取决于w），您可以将点移向光源或其他方向。

【参考方案1】：

我写在这里是因为它不适合上面，我希望它能解决你的问题。

一方面，为了呈现您的模型，使用模型矩阵来定位元素，另一方面，您拥有 view 和 projection 矩阵来转换您的模型进入屏幕空间。

为了创建你的阴影贴图（最简单的方法，我猜是你选择的那个）你从光源的视图渲染场景，所以你应用 view 和 projection 光源矩阵，它将x、y 和z 值映射到屏幕空间。 x 和 y 值用于图像中的位置，z 用于深度缓冲区测试和您在颜色缓冲区中写入的颜色（稍后用作阴影贴图）。

对于最终渲染，您将这个阴影贴图和 view 和 projection 矩阵加载到您的着色器中。对于场景中的显示，您将相机的 view 和 project 矩阵应用到顶点，对于阴影贴图查找，您应用 view和 projection 光到顶点的矩阵（就像你对阴影贴图的渲染所做的那样）。当您将灯光 view 和 projection 矩阵应用到顶点时，您将拥有与阴影贴图通道中相同的映射，现在您只需转换您的 x 和 @ 987654328@ 坐标到纹理坐标并查找存储的z 值，然后将其与计算得到的值进行比较。

将模型的世界位置转换为屏幕空间（从灯光的角度来看）

这部分通常在顶点或几何着色器中完成：

shadowMapPosition = matLightViewProjection * modelWoldPos;

这通常在片段着色器中完成：

shadowMapPosition = shadowMapPosition / shadowMapPosition.w ;

// Add an offset to prevent self-shadowing and moiré pattern
shadowMapPosition.z += 0.0005;

//lookup the stored z value
float distanceFromLight = texture2D(depthMap,shadowMapPosition.xz).z;

现在只需将distanceFromLight 与shadowMapPosition.z 进行比较，看看对象是否在阴影中。

因此，在您的第二遍中，您将再次执行阴影映射的步骤，只是您不绘制您计算的数据，而是将其与您在之前的遍中计算的数据进行比较。

【讨论】：

不幸的是，这并没有解决我的问题。然而，它确实摆脱了一个水平条，这是我用来将模型坐标“转换”到屏幕空间的丑陋黑客的结果。此外，您的方法比我的方法漂亮得多。我认为这足以考虑回答我的问题:)