如何在 OpenGL 中使用立方体贴图数组来渲染带有阴影贴图的多个点光源？

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何在 OpenGL 中使用立方体贴图数组来渲染带有阴影贴图的多个点光源？

【英文标题】：How do I use a cubemap array in OpenGL to render multiple point lights with shadowmaps?

【发布时间】：2021-01-24 21:24:31

【问题描述】：

我阅读并实现了以下教程：https://learnopengl.com/Advanced-Lighting/Shadows/Point-Shadows

现在我想将它概括为在我的场景中渲染多个点光源，我该怎么做？我听说立方体贴图数组可以用于这样的事情，它们是如何工作的？谁能给我举个例子？

（我是为自己和子孙后代回答这个问题，因为目前还没有关于如何使用立方体贴图数组的简单谷歌教程。）

【参考方案1】：

如果您想将多个立方体贴图阴影贴图传递给着色器，并且您事先不知道具体有多少，那么立方体贴图数组是一个很好的解决方案。它们像 3D 纹理一样工作，其中每一层都是立方体贴图。在片段着色器中，您可以像这样为它们创建一个采样器：

uniform samplerCubeArray cubeMapArray;

您可以通过以下方式将数组纹理绑定到它：

glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, m_PointLightDepthMaps.m_DepthTexture);

您可以像从立方体贴图中一样从 samplerCubeArray 进行采样，但在这种情况下，您的向量会获得第四个元素，即要从中采样的层。例如：

texture(cubeMapArray, vec4(dir, 3)).r

将从数组中的第四个立方体贴图采样。要为自己创建一个用作深度纹理的立方体贴图数组，您可以使用以下模板：

void Renderer::initCubemapDepthMap(CubemapDepthMap& map)

    glGenTextures(1, &map.m_DepthTexture);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, map.m_DepthTexture);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexImage3D(
        GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, m_ShadowCubeMapResolution, m_ShadowCubeMapResolution, 6 * m_MaxPointLights + 6 * m_MaxSpotLights, 0,
        GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, nullptr);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY, 0);

    glGenFramebuffers(1, &map.m_FrameBuffer);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, map.m_FrameBuffer);
    glFramebufferTexture(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, map.m_DepthTexture, 0);
    glDrawBuffer(GL_NONE);
    glReadBuffer(GL_NONE);

    const int status = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER);
    if (status != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE)
    
        std::cout << "ERROR::FRAMEBUFFER:: Framebuffer is not complete!\n";
        throw 0;
    

    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

请注意，您需要使用 GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY 作为纹理类型，并且需要使用 glTexImage3D。调用 glTexImage3D 时，层数是您需要的立方体贴图数量乘以 6，因为每个立方体贴图面都像单独的层一样分配。在片段着色器中采样时无需考虑这一点！

在渲染阴影贴图时，您可以像绑定任何其他缓冲区一样绑定缓冲区。当您将深度纹理传递给着色器时，您会传递整个立方体贴图数组，无需与单独的层混淆。

【讨论】：

我今天刚实现，“6 * m_MaxPointLights + 6 * m_MaxSpotLights”不正确。它应该是“6 * m_MaxSpotLights”（即能被 6 整除）。并且“m_FrameBuffer”应该是一个包含 6 个元素的数组，因为 cubemapArrays 只能通过它们在 CPU 上的面来访问，而不是通过它们的“层”（就像在片段着色器中一样）。那么“glGenFramebuffers”将是：“glGenFramebuffers(1, &mFbo[i]);”在计数为 6 的“for”循环中。根据我的经验，几何着色器方法运行得更好，因为每个点光源只有一个深度通道，而不是 6 个（每个面一个）。

“应该是“6 * m_MaxSpotLights”（即能被 6 整除）”我不太明白。我给出的数字也能被六整除。另外，为什么您需要六个帧缓冲区？