背景

Question

背景

我正在使用C ++和现代OpenGL（3.3）开发3D游戏。我现在正在研究光照和阴影渲染，并且我已成功实现了方向阴影贴图。在阅读了游戏要求之后，我决定我需要点光影映射。在做了一些研究之后，我发现要进行全向阴影贴图，我会做一些类似于定向阴影贴图的事情，但是会使用立方体贴图。

我之前并不知道立方体贴图，但我对它们的理解是立方体贴图是六个纹理，无缝连接。我做了一些环顾四周但不幸的是我努力寻找一个明确的教程＆＃34;关于现代OpenGL的主题。我首先寻找教程，从头到尾解释它，因为我认真地努力学习源代码或概念的片段，但我尝试过。

目前的理解

以下是我对这个想法的一般理解，减去技术性。请纠正我。

对于每个点光源，设置帧缓冲，如方向阴影贴图
然后生成单个立方体贴图纹理，并使用glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, shadowmap)绑定。

使用以下属性设置立方体贴图：

glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

（这也类似于定向阴影贴图）

现在glTexImage2D()迭代六次，每次面部一次。我这样做：

 for (int face = 0; face < 6; face++) // Fill each face of the shadow cubemap
     glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + face, 0, GL_DEPTH_COMPONENT32F , 1024, 1024, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, NULL);

通过调用

将纹理附加到帧缓冲区

glFramebufferTexture(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, shadowmap, 0);

当要渲染场景时，它会以两个过程渲染，如定向阴影贴图。
首先，绑定阴影帧缓冲区，将视口调整为阴影贴图的大小（在本例中为1024 x 1024）。
使用glCullFace(GL_FRONT)
活动着色器程序切换到顶点和片段阴影着色器，我将提供进一步向下的来源

计算所有六个视图的光视图矩阵。我是通过创建glm :: mat4＆＃39; s和push_back()矩阵的向量来实现的，如下所示：

// Create the six view matrices for all six sides
for (int i = 0; i < renderedObjects.size(); i++) // Iterate through all rendered objects
{
    renderedObjects[i]->bindBuffers(); // Bind buffers for rendering with it

    glm::mat4 depthModelMatrix = renderedObjects[i]->getModelMatrix(); // Set up model matrix

    for (int i = 0; i < 6; i++) // Draw for each side of the light
    {
        glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, shadowmap, 0);
        glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // Clear depth buffer

        // Send MVP for shadow map
        glm::mat4 depthMVP = depthProjectionMatrix * depthViewMatrices[i] * depthModelMatrix;
        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "depthMVP"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthMVP));

        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "lightViewMatrix"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthViewMatrices[i]));
        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "lightProjectionMatrix"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthProjectionMatrix));
        glDrawElements(renderedObjects[i]->getDrawType(), renderedObjects[i]->getElementSize(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
    }
}

绑定默认的帧缓冲区，并正常绘制场景。

问题

现在，对着色器。这是我的理解枯竭的地方。我完全不确定我应该做什么，我的研究似乎与彼此冲突，因为它适用于不同的版本。我最后简单地从随机源复制和粘贴代码，并希望它能实现除黑屏之外的其他功能。我知道这很糟糕，但似乎没有明确的定义。我在哪些空间工作？我是否甚至需要一个单独的阴影着色器，就像我在定向点光源中使用的那样？我到底用什么作为阴影立方体贴图的类型？ samplerCube？ samplerCubeShadow？如何正确地对所述立方体贴图进行采样？我希望有人可以为我清理它并提供一个很好的解释。我目前对着色器部分的理解是： - 当场景被渲染到立方体贴图中时，顶点着色器只是采用我在C ++代码中计算的depthMVP均匀，并通过它们转换输入顶点。 - 立方体贴图传递的片段着色器只是将单个输出值分配给gl_FragCoord.z。（这部分与我实现定向阴影贴图时没有变化。我认为它对于立方体贴图是相同的，因为着色器甚至不与立方体贴图交互 - OpenGL只是将它们的输出渲染到立方体贴图，对吧？它是一个帧缓冲？）

正常渲染的顶点着色器未更改。
在用于正常渲染的片段着色器中，使用光的投影和视图矩阵将顶点位置转换为光的空间。
以某种方式用于立方体贴图纹理查找。 ???
一旦使用魔法手段检索深度，就会将光线与顶点的距离进行比较，就像定向阴影贴图一样。如果不是那么，那一点必须被遮蔽，反之亦然。

这并不是一种理解。关于顶点如何变换并用于查找立方体贴图我是空白的，所以我将粘贴我的着色器的源，希望人们可以澄清这一点。请注意，很多代码都是盲目复制和粘贴，我没有改变任何东西，以免损害任何理解。

阴影顶点着色器：

#version 150

in vec3 position;

uniform mat4 depthMVP;

void main()
{
    gl_Position = depthMVP * vec4(position, 1);
}

阴影片段着色器：

#version 150

out float fragmentDepth;

void main()
{
    fragmentDepth = gl_FragCoord.z;
}

标准顶点着色器：

#version 150

in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 texcoord;

uniform mat3 modelInverseTranspose;
uniform mat4 modelMatrix;
uniform mat4 viewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;

out vec3 fragnormal;
out vec3 fragnormaldirection;
out vec2 fragtexcoord;
out vec4 fragposition;
out vec4 fragshadowcoord;

void main()
{
    fragposition = modelMatrix * vec4(position, 1.0);
    fragtexcoord = texcoord;
    fragnormaldirection = normalize(modelInverseTranspose * normal);
    fragnormal = normalize(normal);
    fragshadowcoord = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * vec4(position, 1.0);


    gl_Position = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * vec4(position, 1.0);
}

标准片段着色器：

#version 150

out vec4 outColour;

in vec3 fragnormaldirection;
in vec2 fragtexcoord;
in vec3 fragnormal;
in vec4 fragposition;
in vec4 fragshadowcoord;

uniform mat4 modelMatrix;
uniform mat4 viewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;
uniform mat4 viewMatrixInversed;

uniform mat4 lightViewMatrix;
uniform mat4 lightProjectionMatrix;

uniform sampler2D tex;
uniform samplerCubeShadow shadowmap;

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)) // To avoid self shadowing, I guess
        return 1.0;

    return 0.7;
}

void main()
{
    vec3 light_position = vec3(0.0, 0.0, 0.0);
    vec3 VertToLightWS = light_position - fragposition.xyz;
    outColour = texture(tex, fragtexcoord) * ComputeShadowFactor(shadowmap, VertToLightWS);
}

我无法记住ComputerShadowFactor和VectorToDepthValue功能代码的来源，因为我正在我的笔记本电脑上研究它，我现在无法做到，但这是这些着色器的结果：< / p>

Result from these shaders

这是一个被阴影空间包围的小阴影空间。

我显然在这里犯了很多错误，可能是以我的着色器为中心，由于缺乏对这个主题的了解，因为我发现很难从教程中学到任何东西，我很抱歉。我不知道如果有人能够清楚地解释我做错了什么，为什么它错了，我怎么能修复它甚至可能是一些代码，这将是一件好事。我认为问题可能是因为我在错误的地方工作。

Answer 1

我希望为您的一些问题提供答案，但首先需要一些定义：

什么是立方体贴图？

它是一个从方向向量到一对[面部，该面上的2d坐标]的地图，通过将方向向量投影到假想的立方体上获得。

什么是OpenGL立方体贴图纹理？

这是一组六个“图像”。

什么是GLSL立方体贴图采样器？

它是一个采样器原语，可以从中进行立方体贴图采样。这意味着它使用方向向量而不是通常的纹理坐标进行采样。然后硬件将方向矢量投影到假想的立方体上，并使用得到的[面部，2d纹理坐标]对在右侧2d位置采样右图像。

什么是GLSL影子采样器？

它是一个采样器原语，它被绑定到包含NDC空间深度值的纹理，并且当使用特定于阴影的采样函数进行采样时，返回NDC空间深度之间的“比较”（在同一空间中）阴影贴图，显然）和NDC空间深度存储在有界纹理内。在调用采样函数时，要比较的深度被指定为纹理坐标中的附加元素。请注意，提供阴影采样器是为了便于使用和提高速度，但始终可以在着色器中“手动”进行比较。

现在，提出您的问题：

OpenGL只是简单地渲染到立方体贴图，对吧？

不，OpenGL渲染到当前有界帧缓冲区中的一组目标。

在立方体贴图的情况下，渲染它们的常用方法是：

创建它们并将它们的六个“图像”中的每一个附加到它们上面 framebuffer（在不同的附着点，显然是）
一次只启用一个目标（所以，您在每个立方体贴图中单独渲染）
在立方体贴图面上渲染您想要的内容（可能使用面部特定的“视图”和“投影”矩阵）

点光阴影贴图

除了关于立方体贴图的所有内容之外，使用它们实现点光阴影贴图还存在许多问题，因此很少使用硬件深度比较。

相反，常见的实践是：

而不是写NDC空间深度，写入径向距离点光源
（请参见底部的示例代码）：
- 不要使用硬件深度比较（使用samplerCube而不是samplerCubeShadow）
- 转换要在“立方体空间”中测试的点（根本不包括投影）
- 使用“立方体空间”向量作为查找方向来采样立方体贴图
- 将立方体贴图采样的径向距离与测试点的径向距离进行比较

示例代码

// sample radial distance from the cubemap
float radial_dist = texture(my_cubemap, cube_space_vector).x;

// compare against test point radial distance
bool shadowed = length(cube_space_vector) > radial_dist;

现代OpenGL阴影立方体贴图上的指针？

背景

目前的理解

问题

阴影顶点着色器：

阴影片段着色器：

标准顶点着色器：

标准片段着色器：

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