Question

我正在使用全向点光源。我已经使用立方体贴图纹理实现阴影贴图作为6个帧缓冲区的颜色附加，并在其每个像素中编码光到片段的距离。

现在我想，如果可以的话，以这种方式改变我的实现：

1）将深度立方体贴图纹理附加到我的帧缓冲区的深度缓冲区，而不是颜色。
2）仅渲染深度，不要在此传递中写入颜色
3）在主要传递中，从立方体贴图纹理中读取深度，将其转换为距离，并检查当前片段是否被光遮挡。

将立方体贴图中的深度值转换回距离时出现问题。我使用光到片段向量（在世界空间中）来获取立方体贴图中的深度值。此时，我不知道正在使用六个面中的哪一个，也不知道2D纹理坐标与我正在读取的深度值相匹配。那么如何将该深度值转换为距离？

以下是我的代码片段，用于说明：

深度纹理：

glGenTextures(1, &TextureHandle);
glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, TextureHandle);
for (int i = 0; i < 6; ++i)
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, 0, GL_DEPTH_COMPONENT,
              Width, Height, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, 0);

glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);

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);

Framebuffers构造：

for (int i = 0; i < 6; ++i)
{
    glGenFramebuffers(1, &FBO->FrameBufferID);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, FBO->FrameBufferID);
    glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT,
            GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, TextureHandle, 0);
    glDrawBuffer(GL_NONE);
}

我正在尝试编写片段着色器来实现我的代码：

float ComputeShadowFactor(samplerCubeShadow ShadowCubeMap, vec3 VertToLightWS)
{   
    float ShadowVec = texture(ShadowCubeMap, vec4(VertToLightWS, 1.0));
    ShadowVec = DepthValueToDistance(ShadowVec);
    if (ShadowVec * ShadowVec > dot(VertToLightWS, VertToLightWS))
        return 1.0;

    return 0.0;
}

DepthValueToDistance函数是我的实际问题。

Answer 1

因此，解决方案是将光到片段矢量转换为深度值，而不是将立方体图中读取的深度转换为距离。

以下是修改过的着色器代码：

float VectorToDepthValue(vec3 Vec)
{
    vec3 AbsVec = abs(Vec);
    float LocalZcomp = max(AbsVec.x, max(AbsVec.y, AbsVec.z));

    const float f = 2048.0;
    const float n = 1.0;
    float NormZComp = (f+n) / (f-n) - (2*f*n)/(f-n)/LocalZcomp;
    return (NormZComp + 1.0) * 0.5;
}

float ComputeShadowFactor(samplerCubeShadow ShadowCubeMap, vec3 VertToLightWS)
{   
    float ShadowVec = texture(ShadowCubeMap, vec4(VertToLightWS, 1.0));
    if (ShadowVec + 0.0001 > VectorToDepthValue(VertToLightWS))
        return 1.0;

    return 0.0;
}

对VectorToDepthValue(vec3 Vec)的解释：

LocalZComp对应于给定Vec的Z分量到立方体贴图的匹配平截头体中。它实际上是Vec的最大组件（例如，如果Vec.y是最大的组件，我们将查看立方体贴图的Y +或Y-面）。

如果你看一下这个wikipedia article，你就会理解之后的数学（我把它保存在正式的形式中以便理解），它只是将LocalZComp转换为一个标准化的Z值（在[-1..1]）然后将其映射到[0..1]，这是深度缓冲值的实际范围。（假设你没有改变它）。 n和f是用于生成立方体贴图的截头体的近远值。

ComputeShadowFactor然后只是将立方体贴图的深度值与从片段到光的矢量（此处名为VertToLightWS）计算的深度值进行比较，同时添加一个小的深度偏差（缺少在问题中），如果片段没有被光遮挡，则返回1.

Answer 2

我想添加有关推导的更多细节。

设 V 为光到片段方向向量。

正如Benlitz所说，可以通过取 V 的绝对值的最大值来计算相应立方体平截头体/“眼睛空间”中的 Z 值。 s组件。

Z = max(abs(V.x),abs(V.y),abs(V.z))

然后，确切地说，我们应该否定 Z ，因为在OpenGL中，负Z轴指向屏幕/视锥体。

现在我们想要获得 -Z 的深度缓冲区“兼容”值。

查看OpenGL透视矩阵......

http://www.songho.ca/opengl/files/gl_projectionmatrix_eq16.png

http://i.stack.imgur.com/mN7ke.png（备用链接）

...我们看到，对于任何与该矩阵相乘的均匀向量，得到的z值完全独立于向量的x和y分量。

因此我们可以简单地将此矩阵与均匀向量（0,0， -Z ，1）相乘，得到向量（分量）：

x = 0
y = 0
z = (-Z * -(f+n) / (f-n)) + (-2*f*n / (f-n))
w = Z

然后我们需要进行透视分割，所以我们将z除以w（ Z ），这给了我们：

z' = (f+n) / (f-n) - 2*f*n / (Z* (f-n))

此z'在OpenGL的标准化设备坐标（NDC）范围[-1,1]中，需要转换为深度缓冲区兼容范围[0,1]：

z_depth_buffer_compatible = (z' + 1.0) * 0.5

补充说明：

将（f + n），（f-n）和（f * n）的结果上传为着色器制服可以节省计算量。
V 需要位于世界空间，因为阴影立方体贴图通常在世界空间中轴对齐，因此“ max（abs（Vx），abs（Vy）， abs（Vz））“ - 仅当 V 是世界空间方向向量时才有效。

具有深度立方体贴图的全方位阴影贴图

2 个答案: