OpenGL 阴影贴图移动版不起作用
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【中文标题】OpenGL 阴影贴图移动版不起作用【英文标题】：OpenGL Shadow Map Mobile Version Doesn't work 【发布时间】：2019-11-28 13:56:22 【问题描述】：总结
我有一个问题移植我的基于 OpenGL 3.3（“桌面”）的游戏引擎到 OpenGL ES 3.2（“移动”）。虽然一切都在桌面上完美运行，但在移动设备上一切正常除了阴影贴图。
我的问题很简单：有人能在我分享的代码中发现问题，或者指出正确的方向吗？
上下文
我所有的引擎代码都是用 C 编写的 除了应用层（我在桌面上使用 glfw 和在移动设备上使用 glfm）之外，代码库是相同的：为桌面和移动编译完全相同的代码。 着色器 - 除了注入的标头（如 #version 和精度默认值）外 - 跨平台也是相同的 我的引擎中的阴影贴图系统基于此处找到的教程：https://learnopengl.com/Advanced-Lighting/Shadows/Point-Shadows 我正在使用 NVIDIA GTX 1080 进行桌面开发，也已在其他 NVIDIA PC 上进行过测试 我正在使用全新的华硕 ROG II 手机和旧的 LG G5 进行测试，都运行 android 9，根据 CPU-Z 应用程序都支持 OpenGL ES 3.2，并且 都显示完全相同的缺陷结果。截图
我非常简单的光照测试关卡在桌面上正确渲染。中间的柱子右侧有一盏黄色（不可见）灯，所以阴影应该投射到左侧，如下面的桌面截图所示：
但是在手机上就大错特错了：
如您所见，移动设备上的阴影“完全错误”。它应该像在桌面上一样在左侧，但它却走错了方向，看起来“被切断了”。
我自己的想法和行为
我非常注意确保我的所有调用都可以在 OpenGL ES 3.2 上使用，就像它们在 OpenGL 3.3 Core 上一样 我非常注意确保 OpenGL 调用没有问题：我正在使用 glDebugMessageCallback 并且任何时候都不会报告错误 由于它在桌面上“正常工作”，我觉得它背后的数学没有错 我的引擎支持缓存远光的阴影贴图作为性能优化，但禁用此功能没有任何效果，因此不会导致问题。（希望）相关代码
C 中的阴影贴图设置
创建 CUBE MAP 纹理以保存阴影的代码：
static GLuint r_createShadowmapTexture()
GLuint tex;
glGenTextures(1, &tex);
glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, tex);
for (unsigned int i = 0; i < 6; ++i)
glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, 0, GL_DEPTH_COMPONENT32F, r_shadowSize, r_shadowSize, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, NULL);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_COMPARE_MODE, GL_COMPARE_REF_TO_TEXTURE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_COMPARE_FUNC, GL_GREATER);
return tex;
为阴影贴图设置帧缓冲区的代码：
glGenFramebuffers(1, &r_shadowDepthMapFBO);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, r_shadowDepthMapFBO);
glDrawBuffer(GL_NONE);
glReadBuffer(GL_NONE);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
渲染阴影贴图的代码：
static struct
vec3 centerOffset, up;
const g_shadowMapTransforms[6] =
1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f ,
-1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f ,
0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f ,
0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, -1.0f ,
0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f ,
0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f ,
;
static void r_shadowMapPass(const point_light_t* light, GLuint cubemapTexture)
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glEnable(GL_CULL_FACE);
glDepthMask(GL_TRUE);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, r_shadowDepthMapFBO);
glFramebufferTexture(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, cubemapTexture, 0);
const float farPlane = min(r_far, light->radius);
mat4x4 shadowProj;
mat4x4_perspective(shadowProj, (float)M_PI_2, 1.0f, r_near, farPlane);
mat4x4 shadowVP[6];
for (int i = 0; i < 6; ++i)
vec3 center;
vec3_add(center, light->origin, g_shadowMapTransforms[i].centerOffset);
mat4x4 view;
mat4x4_look_at(view, (float*)light->origin, center, (float*)g_shadowMapTransforms[i].up);
mat4x4_mul(shadowVP[i], shadowProj, view);
rtech_shadowmap_enable();
rtech_shadowmap_setLightPos((float*)light->origin);
rtech_shadowmap_setFarPlane(farPlane);
rtech_shadowmap_setShadowMatrices(shadowVP);
render_entity_t* re = r_entities;
glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
for (uint32_t i = 0; i < r_numEntities; ++i, ++re)
if (!re->castsShadow)
continue;
rtech_shadowmap_setModelMatrix(re->m);
if (re->hasSolid)
const render_solids_t* const rs = r_solids + re->index;
for (uint32_t j = 0; j < rs->count; ++j)
const uint32_t ao = rs->offset + j;
r_renderBlock(ao, rs, j);
else
render_model_t* const rm = &r_models[re->index];
for (uint32_t j = 0; j < rm->count; ++j)
r_renderArrayObject(rm->arrayObjects[j], rm->numIndices[j]);
glDepthMask(GL_FALSE);
在桌面上，我为所有着色器（顶点、几何和片段）添加以下前缀：
#version 330 core
在移动设备上，我为所有着色器添加以下前缀：
#version 320 es
precision highp float;
precision highp int;
precision highp sampler2D;
precision highp samplerCubeShadow;
阴影贴图顶点着色器：
layout (location = 0) in vec3 aPos;
uniform mat4 gModel;
void main()
gl_Position = gModel * vec4(aPos, 1.0);
阴影贴图几何着色器：
layout (triangles) in;
layout (triangle_strip, max_vertices=18) out;
uniform mat4 gShadowMatrices[6];
out vec4 FragPos; // FragPos from GS (output per emitvertex)
void main()
for(int face = 0; face < 6; ++face)
gl_Layer = face; // built-in variable that specifies to which face we render.
for(int i = 0; i < 3; ++i) // for each triangle's vertices
FragPos = gl_in[i].gl_Position;
gl_Position = gShadowMatrices[face] * FragPos;
EmitVertex();
EndPrimitive();
阴影贴图片段着色器：
in vec4 FragPos;
uniform vec3 gLightPos;
uniform float gFarPlane;
void main()
// get distance between fragment and light source
float lightDistance = length(FragPos.xyz - gLightPos);
// map to [0;1] range by dividing by gFarPlane
lightDistance = lightDistance / gFarPlane;
// write this as modified depth
gl_FragDepth = lightDistance;
实际使用阴影贴图的点光通道的摘录：
...
uniform samplerCubeShadow gShadowCubeMap;
uniform float gFarPlane;
...
float ShadowCalcSinglePass(vec3 fragPos, vec3 lightPos)
vec3 fragToLight = fragPos - lightPos;
float currentDepth = (length(fragToLight) - (0.005 * gFarPlane)) / gFarPlane;
return texture(gShadowCubeMap, vec4(fragToLight, currentDepth));
我知道这是一个非常开放的问题，涉及很多代码。我正在尝试提供必要的相关信息，如果需要或要求，我可以分享更多信息！
更新 1
按照@MichaelKenzel 的建议，我尝试将阴影贴图渲染到屏幕上。这非常适合桌面，如下所示。然而，在移动设备上，这显示了一个“全红色”阴影贴图，（因为我的着色器执行 1.0 - 采样）纹理（）函数为每个像素返回 0。但是，从上面的“错误”图像中可以看出，某处存在阴影，因此以这种方式从深度缓冲区读取似乎是一个问题。 注意：下面的图片来自与上面不同的测试级别，一个具有更复杂的阴影
in vec2 TexCoord0;
uniform samplerCube gTexture;
uniform int gSide;
out vec4 FragColor;
void main()
vec3 vec;
switch (gSide)
case 0: vec = vec3(1.0, TexCoord0.xy); break;
case 1: vec = vec3(-1.0, TexCoord0.xy); break;
case 2: vec = vec3(TexCoord0.x, 1.0, TexCoord0.y); break;
case 3: vec = vec3(TexCoord0.x, -1.0, TexCoord0.y); break;
case 4: vec = vec3(TexCoord0.xy, 1.0); break;
case 5: vec = vec3(TexCoord0.xy, -1.0); break;
default: vec = vec3(1.0, 0.0, 0.0); break;
FragColor = vec4(vec3(1.0, 0.0, 0.0) * (1.0 - texture(gTexture, vec).r), /*alpha*/ 1.0);
渲染阴影贴图调试四边形的代码：
void r_debugPassShadowMap2()
if (!r_shadowmapDebug.initialized)
r_shadowmapDebug.initialized = true;
const float margin = 16;
const float mapWidth = (r_windowWidth - (margin * 7.f)) / 6.f;
mat4x4 t, s;
mat4x4_translate(t, 1, 1, 0); // quad verts range from -1x-1x0 to 1x1x0
mat4x4_identity(s);
s[0][0] = s[1][1] = s[2][2] = mapWidth / 2;
mat4x4 m;
mat4x4_mul(m, s, t);
mat4x4 p;
mat4x4_ortho(p, 0, (float)r_windowWidth, (float)r_windowHeight, 0, -1, 1);
for (uint32_t i = 0; i < 6; ++i)
mat4x4 v;
mat4x4_translate(v, margin + (margin + mapWidth) * i, margin, 0);
mat4x4 mv;
mat4x4_mul(mv, v, m);
mat4x4_mul(r_shadowmapDebug.sideWVP[i], p, mv);
glDisable(GL_DEPTH_TEST);
glDisable(GL_CULL_FACE);
glDisable(GL_BLEND);
rtech_shadowmapdebug_enable();
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, r_shadowmapDebug.texture);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_COMPARE_MODE, GL_NONE);
for (uint32_t i = 0; i < 6; ++i)
rtech_shadowmapdebug_setWVP(r_shadowmapDebug.sideWVP[i]);
rtech_shadowmapdebug_setSide(i);
glBindVertexArray(r_quadAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, NULL);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_COMPARE_MODE, GL_COMPARE_REF_TO_TEXTURE);
更新 2 - 第一个部分修复
感谢@MorrisonChang 的链接，我尝试了一些不同的方法并产生了巨大的不同：我将阴影贴图纹理的 GL_TEXTURE_MAG_FILTER 和 GL_TEXTURE_MIN_FILTER 设置为 GL_LINEAR。当我将其更改为 GL_NEAREST 时，我突然在移动设备上获得了更多结果！然而，正如下图清楚地显示的那样，由于某种原因，它只渲染到一张脸，而不是全部 6 张！但至少我更进一步！
【问题讨论】：
可能并不重要，但您使用的尺寸和图像格式/纹理压缩格式是什么。 为了缩小这个范围，我要做的第一步是添加一些调试输出，以可视化阴影贴图的内容。只需使用着色器在某处绘制一个四边形，将阴影贴图中的深度值转换为颜色。这样，你可以检查是否有东西被渲染到你的阴影贴图中，以及从着色器中采样阴影贴图是否在原则上有效…… @MorrisonChang 我正在使用 256x256 GL_FLOAT 阴影贴图 @MichaelKenzel 我根据您的建议添加了更新 仅供参考：我注意到arm-software.github.io/opengl-es-sdk-for-android/… 和您的教程链接之间存在一些差异。 【参考方案1】：我找到了答案，而且（对我来说）这令人费解，但我发现它符合规范。在我改变了我的几何着色器之后，我立即让它工作了：
void main()
for(int face = 0; face < 6; ++face)
gl_Layer = face; // built-in variable that specifies to which face we render.
for(int i = 0; i < 3; ++i) // for each triangle's vertices
FragPos = gl_in[i].gl_Position;
gl_Position = gShadowMatrices[face] * FragPos;
EmitVertex();
EndPrimitive();
到这里：
void emitFace(mat4 m)
for(int i = 0; i < 3; ++i)
FragPos = gl_in[i].gl_Position;
gl_Position = m * FragPos;
EmitVertex();
EndPrimitive();
void main()
gl_Layer = 0;
emitFace(gShadowMatrices[0]);
gl_Layer = 1;
emitFace(gShadowMatrices[1]);
gl_Layer = 2;
emitFace(gShadowMatrices[2]);
gl_Layer = 3;
emitFace(gShadowMatrices[3]);
gl_Layer = 4;
emitFace(gShadowMatrices[4]);
gl_Layer = 5;
emitFace(gShadowMatrices[5]);
显然，通过 for 循环变量分配给 gl_Layer 在 OpenGL ES 中是行不通的！
在这个页面https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/es3/html/gl_Layer.xhtml上面写着
如果着色器静态地为 gl_Layer 赋值，则启用分层渲染模式。
它还说：
如果几何阶段没有对 gl_Layer 进行静态分配，则片段阶段的输入 gl_Layer 将为零。
但它并没有说“你不应该为 gl_Layer 分配非静态值”，编译器也根本没有警告！
在 OpenGL Core 中，规范实际上说了同样的话：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/html/gl_Layer.xhtml
但是，无论如何，我的 NVIDIA 驱动程序都支持对 gl_Layer 的动态分配，并且因为它这样做，所以我从未意识到这是错误的......
【讨论】：
但是您的原始代码确实 statically assign 到 gl_Layer。这意味着，或多或少“如果您的代码看起来像为 gl_Layer 分配了任何东西”而不是“如果您的代码为 gl_Layer 分配了一个常量值” 嗯，我没有那样解释它......然后我真的很茫然为什么这个改变让它立即生效......！ 很高兴你得到它的工作，但对于任何严重的事情不要使用几何着色器或分层渲染。性能几乎可以保证在每个移动平台上都很糟糕...... 你的两部手机都有 Adreno。我想知道这是否是他们驱动程序中长期存在的错误？我不知道这是否真的是错误的，但也许你应该联系高通。 关于“静态分配”的定义，GL ES 3.2 规范 (khronos.org/registry/OpenGL/specs/es/3.2/es_spec_3.2.pdf) 中有几个地方使用了该短语，其中一个使用以下定义：“静态着色器如果在预处理之后，它包含将写入变量的语句，则为变量分配一个值，无论运行时控制流是否会导致该语句被执行。听起来您的着色器按照该规则是正确的。以上是关于OpenGL 阴影贴图移动版不起作用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章