Question

我是OpenGL ES的新手，我正在尝试为当前场景添加一些阴影。我决定在立方体贴图的帮助下做到这一点。我正在使用OpenGL es 2.0，因此我无法使用几何着色器或gl_FragDepth变量。我用谷歌搜索了一些所以我对这个主题有了一些见解，并且阅读这个（http://www.cg.tuwien.ac.at/courses/Realtime/repetitorium/2010/OmnidirShadows.pdf）证明是非常有用的。基本上我依赖这个链接的文档。

但我的代码有问题，因为在渲染场景中，每个像素都在阴影下。我认为问题可以在我的着色器中找到，但我在此粘贴所有相关代码以清楚地看到所有内容。

设置帧缓冲并创建立方体贴图：

GLuint FBO;
GLuint cubeTexture;

glGenFramebuffers(1, &FBO);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, FBO);

// Depth texture
glGenTextures(1, &cubeTexture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, cubeTexture);

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); // no GL_TEXTURE_WRAP_R

// right, left, top, bottom, front, back
for (int face = 0; face < 6; ++face) {
    // create space for the textures, content need not to be specified (last parameter is 0)
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + face, 0, GL_DEPTH_COMPONENT16, 1024, 768, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, 0);
}

glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, 0);

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

在显示功能中，我尝试实现6个渲染过程以填充阴影贴图（立方体的6个边）。

渲染：

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
glClearDepthf(1.0f);

glm::vec3 camPos = ... // position of the camera, it is in world space
glm::vec4 lightPos = ... // position of the light source, it is in world space

// 1. render into texture

float zNear = 0.1f;
float zFar = 100.0f;
// or should I use ortho instead of perspective?
glm::mat4 projMatrix = glm::perspective(90.0f, (float)esContext->width / esContext->height, zNear, zFar);

// The 6 cameras have to be placed to the light source and they need the proper view matrices 

glm::mat4 cubeMapMatrices[6]; // contains six basic and defined rotation matrices for the six directions 
cubeMapMatrices[0] = glm::make_mat4(rotPositiveX);
cubeMapMatrices[1] = glm::make_mat4(rotNegativeX);
cubeMapMatrices[2] = glm::make_mat4(rotPositiveY);
cubeMapMatrices[3] = glm::make_mat4(rotNegativeY);
cubeMapMatrices[4] = glm::make_mat4(rotPositiveZ);
cubeMapMatrices[5] = glm::make_mat4(rotNegativeZ);

glm::vec4 translation = lightPos;

glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, cubeTexture);

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, FBO);

for (int face = 0; face < 6; ++face) {

    glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // do I need this here?

    cubeMapMatrices[face][3] = translation; // the translation part is the same for all
    cubeMapMatrices[face] = projMatrix * cubeMapMatrices[face]; // now it's an mvp matrix

    glUniformMatrix4fv(cubeProjectionMatrixID, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(cubeMapMatrices[face]));

    // Attach depth cubemap texture to FBO's depth attachment point
    glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + face, cubeTexture, 0);

    int err = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER);
    if (err != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) {
        std::cout << "Framebuffer error, status: " << err << std::endl;
    }

    RenderScene(); // do the drawing 
}

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

// 2. render into screen

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

RenderScene(); // do the drawing

// swap the buffers

所以这里有不同的着色器。我有一个顶点着色器和一个片段着色器用于深度计算，一个顶点着色器和一个片段着色器用于屏幕渲染。我的问题是我不确定如何写入立方体贴图，如果使用了帧缓冲，那么gl_Position会确定给定立方体面中的坐标吗？

用于深度计算的

顶点着色器：

in vec3 vPosition;

uniform mat4 mModel;
uniform mat4 mCubeProjection;
uniform vec4 vLight;

out vec4 vFrag Position; // world space
out vec4 vLightPosition; // mvp transformed

void main()
{
    vec4 position = vec4(vPosition, 1.0);
    vFragPosition  = mModel* position;
    vLightPosition = vLight;
    gl_Position = mCubeProjection * vFragPosition;
}

用于深度计算的

片段着色器：

in vec4 vFragPosition; // world space
in vec4 vLightPosition; // world space

out float depthValue;

void main()
{
    depthValue = distance(vFragPosition.xyz, vLightPosition.xyz); // need normalization?
}

用于渲染到屏幕的

顶点着色器：

uniform mat4 mModel;
uniform mat4 mView;
uniform mat4 mProjection;
uniform vec4 vLight; // it is in world space

out vec3 lw; // light position in world space
out vec3 pw; // pixel position in world space

void main()
{
    vec4 position = vec4(vPosition, 1.0);
    lw = vLight.xyz;
    pw = (mModel* position).xyz;
    gl_Position  = mProjection* mView * mModel* position;
}

用于渲染到屏幕的

片段着色器：

in vec3 lw;
in vec3 pw;

uniform samplerCube cubeMap;

out vec4 outputColor;

void main()
{
    vec3 lookup = pw - lw;
    float smValue = texture(cubeMap, lookup).r; // retrieves texels from a texture (d, d, d, 1.0)
    float distance = length(lookup); // dist from the fragment to the light

    float eps = 0.1;
    float shadowVal = 1.0;

    if (smValue + eps < distance) {
        shadowVal = 0.1; // in shadow
    }

    // here comes the lighting stuff
    // ...

    outputColor =  outputColor * shadowVal;
}

再次，问题是每个像素都落在阴影下。从代码我排除了一些统一传递到着色器，但它们没问题。你能给我一个建议，我应该在代码中修复什么？我的着色器（尤其是第一遍）是否正确，我是否正确设置了立方体贴图的转换？谢谢。

P.S：这是我在这里的第一个问题，我希望它足够清楚并满足正确发布的问题的要求。

Answer 1

从根本上说，您的问题非常简单：您正在为立方体贴图使用深度附件，深度缓冲区会存储透视深度。

着色器期望在阴影贴图中看到的是从光到最近片段的非透视距离。你实际上已经在你的片段着色器中为影子图创建计算了这个，但你将它输出到颜色缓冲区（没有附加任何东西）而不是深度缓冲区。

<小时/> 此问题至少有三种可能的解决方案（按性能排序，首先最差）：

写信给gl_FragDepth而不是depthValue（实际上是一个颜色缓冲区目标）。
将您的立方体贴图附加到GL_COLOR_ATTACHMENT0并使用颜色可渲染格式代替GL_DEPTH_COMPONENT。
从着色器中删除depthValue并仅写入透视深度。

选项1 是非常糟糕的，即使我看过人们参考教程建议这样做。如果您写入gl_FragDepth，您将在许多硬件上禁用硬件深度缓冲区优化，这将使生成阴影贴图的过程表现更差。

选项2 更好，因为它受益于硬件Z缓冲区优化，但它仍然需要大量内存带宽，因为您实际上存储了两个不同的深度值（一个在颜色附件中，一个在深度附件中。）

选项3 ，虽然最复杂，但通常也是表现最佳的。这是因为你可以通过仅存储硬件深度来减少计算阴影图所需的内存带宽。

如果您有兴趣了解有关选项3的更多信息，我建议您查看this related question。您将实际计算用于比较的透视深度，而不是比较距离。在创建阴影贴图时，在应用阴影时，可以在片段着色器中交换一些额外的计算，以减少内存带宽。

现在以最少的工作来解决您的问题，您应该采用选项2 。将选项3 保留在表格中以供将来优化;在你至少有一些工作之前，最好不要对事物进行优化。

使用立方体贴图在Opengl-es 2.0中进行阴影贴图

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