级联阴影贴图不太正确

Question

好的。所以，上周我一直在玩弄我的游戏引擎中的阴影。我主要实现了级联阴影贴图 (CSM)，但我遇到了一些我似乎无法解决的阴影问题。

此场景中唯一的光是定向光（太阳），指向 {-0.1 -0.25 -0.65}。我使用以下代码为我的 CSM 的四个拆分计算 4 组截锥边界：

// each projection matrix calculated with same near plane, different far
Frustum make_worldFrustum(const glm::mat4& _invProjView) {
    Frustum fr; glm::vec4 temp;
    temp = _invProjView * glm::vec4(-1, -1, -1, 1);
    fr.xyz = glm::vec3(temp) / temp.w;
    temp = _invProjView * glm::vec4(-1, -1,  1, 1);
    fr.xyZ = glm::vec3(temp) / temp.w;
    ...etc 6 more times for ndc cube
    return fr;
}

对于灯光，我得到一个像这样的视图矩阵：

glm::mat4 viewMat = glm::lookAt(cam.pos, cam.pos + lightDir, {0,0,1});

然后我从每个平截头体的边界创建每个正交矩阵：

lightMatVec.clear();
for (auto& frus : cam.frusVec) {
    glm::vec3 arr[8] {
        glm::vec3(viewMat * glm::vec4(frus.xyz, 1)),
        glm::vec3(viewMat * glm::vec4(frus.xyZ, 1)),
        etc...
    };

    glm::vec3 minO = {INFINITY, INFINITY, INFINITY};
    glm::vec3 maxO = {-INFINITY, -INFINITY, -INFINITY};
    for (auto& vec : arr) {
        minO = glm::min(minO, vec);
        maxO = glm::max(maxO, vec);
    }

    glm::mat4 projMat = glm::ortho(minO.x, maxO.x, minO.y, maxO.y, minO.z, maxO.z);
    lightMatVec.push_back(projMat * viewMat);
}

我有一个 4 层的 TEXTURE_2D_ARRAY 绑定到 4 个帧缓冲区，我使用一个非常简单的顶点着色器（禁用片段或穿透 alpha）将场景绘制到其中。

然后我画最后一幕。顶点着色器输出四个阴影纹理坐标：

out vec3 slShadcrd[4];
// stuff
for (int i = 0; i < 4; i++) {
    vec4 sc = WorldBlock.skylMatArr[i] * vec4(world_pos, 1);
    slShadcrd[i] = sc.xyz / sc.w * 0.5f + 0.5f;
}

还有一个片段着色器，它决定要使用的分割：

int csmIndex = 0;
for (uint i = 0u; i < CameraBlock.csmCnt; i++) {
    if (-view_pos.z > CameraBlock.csmSplits[i]) index++;
    else break;
}

并使用此函数对阴影贴图数组进行采样：

float sample_shadow(vec3 _sc, int _csmIndex, sampler2DArrayShadow _tex) {
    return texture(_tex, vec4(_sc.xy, _csmIndex, _sc.z)).r;
}

而且，这是我得到的场景（每个分割都略微着色，并且 4 个深度层重叠）： 伟大的！看起来挺好的。

但是，如果我将相机稍微向右转动： 然后阴影开始消失（取决于角度，出现在不应该出现的地方）。

我启用了 GL_DEPTH_CLAMP，所以这不是问题。我正在剔除正面，但将其关闭对这个问题没有影响。

我错过了什么？我觉得这是我的一个预测的问题，但它们在我看来都是正确的。谢谢！

编辑： 光的所有四个平截头体都画好了。它们都在那里，但只有 z 相对于相机在变化（见下面的评论）：

编辑： 可能更有用，这就是当我只更新一次截锥体时的样子，当相机位于 (0,0,0) 并指向前方 (0,1,0) 时。这次我也用深度测试画了它们。

重要编辑： 看来这个问题是和灯光的视图矩阵直接相关的，目前：

glm::mat4 viewMat = glm::lookAt(cam.pos, cam.pos + lightDir, {0,0,1});

更改 eye 和 target 的值似乎会影响错误的阴影。但我不知道我实际上应该将它设置为什么？对于比我更了解的人来说应该很容易：D

Answer 1

解决了！这确实是光的视图矩阵的问题！我所要做的就是将camPos 替换为每个平截头体的中心点！这意味着每个拆分的光矩阵需要不同的视图矩阵。所以我只是像这样创建每个视图矩阵......

glm::mat4 viewMat = glm::lookAt(frusCentre, frusCentre+lightDir, {0,0,1});

然后简单地获得 frusCentre...

glm::vec3 calc_frusCentre(const Frustum& _frus) {
    glm::vec3 min(INFINITY, INFINITY, INFINITY);
    glm::vec3 max(-INFINITY, -INFINITY, -INFINITY);
    for (auto& vec : {_frus.xyz, _frus.xyZ, _frus.xYz, _frus.xYZ,
                      _frus.Xyz, _frus.XyZ, _frus.XYz, _frus.XYZ}) {
        min = glm::min(min, vec);
        max = glm::max(max, vec);
    }
    return (min + max) / 2.f;
}

然后砰！一切都非常出色！

编辑（最后一个！）： 我所拥有的并不完全正确。视图矩阵实际上应该是：

glm::lookAt(frusCentre-lightDir, frusCentre, {0,0,1});