使用 GLSL 时，多灯阴影映射无法正常工作

Posted 2023-02-27

【中文标题】使用 GLSL 时，多灯阴影映射无法正常工作

【英文标题】：Multi lights shadow mapping does not work correctly using GLSL

【发布时间】：2014-01-11 21:20:09

【问题描述】：

我已经实现了基本的阴影映射算法，但它只适用于一盏灯。

我想用以下两个点光源渲染一个场景：

Light_1 - 位置：vec3(-8.0f, 5.0f, 8.0f)，方向：vec3(1.3f, -1.0f, -1.0f) Light_2 - 位置：vec3(8.0f, 5.0f, 8.0f)，方向：vec3(1.3f, -1.0f, -1.0f)

如果我分别渲染两个灯，我会得到以下结果：

使用 Light_1 进行渲染：

使用 Light_2 进行渲染：

但是两个灯放在一起看起来是这样的：

如您所见，第一个阴影似乎已正确渲染，但它位于不正确的 light_2 阴影下方。总结一下情况，我的盒子的纹理绑定到纹理单元 0。阴影深度纹理从纹理单元 1 绑定，如果有多个深度纹理（所以至少有两个光照，比如这个例子），有绑定到纹理单元 1 + 1 (GL_TEXTURE1 + 1)。这是代表我所说的代码：

for (int idy = 0; idy < this->m_pScene->getLightList().size(); idy++)

[...]

Light *light = this->m_pScene->getLightList()[idy];
FrameBuffer *frameBuffer = light->getFrameBuffer();

glActiveTexture(GL_TEXTURE1 + idy);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, frameBuffer->getTexture()->getTextureId()); //To unbind

shaderProgram->setUniform(std::string("ShadowMatrix[").append(Convertor::toString<int>       (idy)).append("]").c_str(), this->m_pScene->getLightList()[idy]->getBiasViewPerspectiveMatrix() * modelMatrix);
                    shaderProgram->setUniform(std::string("ShadowMap[").append(Convertor::toString<int>(idy)).append("]").c_str(), (int)idy + 1);

在我们的例子中它对应于：

shaderProgram->setUniform("ShadowMatrix[0]", <shadow_matrix_light_1>);
shaderProgram->setUniform("ShadowMap[0]", 1); (GL_TEXTURE1)
shaderProgram->setUniform("ShadowMatrix[1]", <shadow_matrix_light_2>);
shaderProgram->setUniform("ShadowMap[1]", 2); (GL_TEXTURE2)

顶点着色器如下（仅适用于 2 个光源）：

#version 400

#define MAX_SHADOW_MATRIX 10
#define MAX_SHADOW_COORDS 10

layout (location = 0) in vec4 VertexPosition;
layout (location = 1) in vec3 VertexNormal;
layout (location = 2) in vec2 VertexTexture;

uniform mat3 NormalMatrix;
uniform mat4 ModelViewMatrix;
uniform mat4 ShadowMatrix[MAX_SHADOW_MATRIX];
uniform mat4 MVP;

uniform int lightCount;

out vec3 Position;
out vec3 Normal;
out vec2 TexCoords;
out vec4 ShadowCoords[MAX_SHADOW_COORDS];

void main(void)

    TexCoords = VertexTexture;
    Normal = normalize(NormalMatrix * VertexNormal);
    Position = vec3(ModelViewMatrix * VertexPosition);
    for (int idx = 0; idx < lightCount; idx++)
        ShadowCoords[idx] = ShadowMatrix[idx] * VertexPosition;
    gl_Position = MVP * VertexPosition;

以及片段着色器的一段代码：

[...]

vec3 evalBasicFragmentShadow(vec3 LightIntensity, int idx)

    vec3 Ambient = LightInfos[idx].La * MaterialInfos.Ka;

    if (ShadowCoords[idx].w > 0.0f)
    
        vec4 tmp_shadow_coords = ShadowCoords[idx];

        tmp_shadow_coords.z -= SHADOW_OFFSET;

        float shadow = textureProj(ShadowMap[idx], tmp_shadow_coords);

        LightIntensity = LightIntensity * shadow + Ambient;
    
    else
    
        LightIntensity = LightIntensity + MaterialInfos.Ka;
    
    return (LightIntensity);


vec3 getLightIntensity(vec3 TexColor)

    vec3 LightIntensity = vec3(0.0f);

    for (int idx = 0; idx < lightCount; idx++)
    
        vec3 tnorm = (gl_FrontFacing ? -normalize(Normal) : normalize(Normal));
        vec3 lightDir = vec3(LightInfos[idx].Position) - Position;
        vec3 lightDirNorm = normalize(lightDir);
        float lightAtt = getLightAttenuation(lightDir, LightInfos[idx]);

        LightIntensity += Point_ADS_Shading(lightAtt, -tnorm, lightDirNorm, TexColor, idx);
        LightIntensity = evalBasicFragmentShadow(LightIntensity, idx);
    
    return (LightIntensity);


[...]

这看起来像是一个纹理单元问题，因为两个阴影分别被完美渲染，并且我正确使用了 glActiveTexture（我认为是这样）。另外，我注意到如果我改变灯光的加载顺序，不好的阴影是由“另一盏灯”引起的（恰恰相反）。所以它似乎来自纹理单元 2，但我不明白为什么。有人可以帮助我吗？非常感谢您的帮助。

【问题讨论】：

我希望我有时间将我的 OpenGL 知识更新到 OpenGL 4，这看起来真漂亮！

您不必一直写：vec4(VertexPosition, 1.0f)，只需将 VertexPosition 声明为 vec4 即可。如果您的 glVertexAttribPointer (...) 调用只为 XYZ 提供了足够的数据，则 GLSL 会自动为 W 填写 1.0。此外，您正在做的这整个复杂的事情是将idy 转换为一个字符并从中构建一个字符串（例如“ShadowCoords[”idy“]”）是不必要的 - 您可以获得ShadowCoords 的统一位置，然后添加idy 到那个值，因为统一数组中的每个元素都保证分配一个连续的位置。

谢谢。我根据你的建议更新了我的顶点着色器代码（我同意你的观点，它好多了）。但是，我发现您的第二条建议非常有趣，并将其应用于 ShadowCoords。但是是否可以将它与 'LightInfos['idy'].position' 之类的结构一起应用？提前致谢。

【参考方案1】：

我解决了我的问题。实际上，我只是填充了第一个深度纹理（用于第一个加载的光）。所以对于第二盏灯，阴影贴图没有被填充，这就是上面第三张图片中黑色区域的原因。

这是最终结果：

我希望这篇文章对某人有用。感谢您的关注。