如何获得可用于点光阴影贴图的投影矩阵？

Posted 2023-02-25

【中文标题】如何获得可用于点光阴影贴图的投影矩阵？

【英文标题】：how do I get a projection matrix I can use for a pointlight shadow map?

【发布时间】：2016-07-03 18:01:31

【问题描述】：

我目前正在开发一个使用阴影纹理来渲染阴影的项目。 聚光灯很容易，因为只需要聚光灯方向的 1 个纹理，但它有点困难，因为它需要所有方向的 6 个纹理或 1 个以某种方式渲染点光源周围所有对象的纹理。 这就是我的问题所在。如何生成一个投影矩阵，以某种方式围绕点光源以 360 度角渲染所有对象？ 基本上如何创建鱼眼（或任何其他 360 度相机）顶点着色器？

【参考方案1】：

如何生成一个投影矩阵，以某种方式围绕点光源以 360 度角渲染所有对象？

你不能。同质空间中的 4x4 投影矩阵不能表示任何会导致多边形边缘弯曲的操作。直线永远是直线。

基本上如何创建鱼眼（或任何其他 360 度相机）顶点着色器？

您也不能这样做，至少在一般情况下不能。并且这不是使用中的投影矩阵的限制，而是光栅化器的一般限制。您当然可以将鱼眼失真的公式放入顶点着色器中。但是光栅化器仍然会用直边光栅化每个三角形，你只是扭曲了每个三角形角点的位置。这意味着它只适用于覆盖单个像素的小三角形。对于较大的三角形，您完全搞砸了图像。如果你有 T 形接头之类的东西，这甚至会导致实际上应该完全闭合的对象出现孔洞或重叠。

聚光灯很容易，因为只需要聚光灯方向的 1 个纹理，但它有点困难，因为它需要所有方向的 6 个纹理或 1 个以某种方式渲染点光源周围的所有对象的纹理.

正确的解决方案是使用单个立方体贴图纹理，提供 6 个面。在一个完美的立方体中，每个面都可以通过标准的对称透视投影来渲染，水平和垂直方向的视野均为 90 度。

在现代 OpenGL 中，您可以使用 layered rendering。在这种情况下，您将立方体贴图的 6 个面中的每一个作为单个层附加到 FBO，您可以使用几何着色器将几何体放大 6 倍，并根据 6 个不同的投影矩阵对其进行变换，以便您仍然只需要一个渲染通道即可获得完整的阴影贴图。

还有一些其他供应商特定的扩展可用于进一步优化立方体贴图渲染，例如 Nvidia 的 NV_viewport_swizzle（在 Maxwell 和更新的 GPU 上可用），但我只是为了完整起见而提到这一点。

【讨论】：

非常感谢，我一直在研究双抛物面渲染，但最终可能会得到一个立方体贴图，谢谢