阴影贴图和深度值混淆

Question

我在延迟的 OpenGL 4.3 渲染器中为聚光灯做阴影映射。

我一直在尝试遵循一些有关该主题的教程，并在其后通过片段着色器进行建模，但我不明白的是计算阴影因子的最终比较。我从深度图 ("unifShadowTexture") 中采样的值在 [0, 1] 的范围内，因为它直接来自深度缓冲区，但 projCoords.z 是如何限制在 [0, 1] 的？ .w 的除法是否将其限制为 [0,1]？ 我面临的问题是场景的主要部分是阴影，即使它不应该是，例如底层，在下图中（忽略光伪影，由于缺乏偏差 - 重点是模型亮了，但底层没有）：

const std::string gDirLightFragmentShader =
"#version 430                                                                                                                   \n \
                                                                                                                                \n \
layout(std140) uniform;                                                                                                         \n \
                                                                                                                                \n \
uniform UnifDirLight                                                                                                            \n \
{                                                                                                                               \n \
    mat4 mWVPMatrix;                                                                                                            \n \
    mat4 mVPMatrix;   // light view-projection matrix, pre-multiplied by the bias-matrix                                                                                                          \n \
    vec4 mLightColor;                                                                                                           \n \
    vec4 mLightDir;                                                                                                             \n \
    vec4 mGamma;                                                                                                                \n \
    vec2 mScreenSize;                                                                                                           \n \
} UnifDirLightPass;                                                                                                             \n \
                                                                                                                                \n \
layout (binding = 2) uniform sampler2D unifPositionTexture;                                                                     \n \
layout (binding = 3) uniform sampler2D unifNormalTexture;                                                                       \n \
layout (binding = 4) uniform sampler2D unifDiffuseTexture;                                                                      \n \
layout (binding = 5) uniform sampler2D unifShadowTexture;                                                                       \n \
                                                                                                                                \n \
out vec4 fragColor;                                                                                                             \n \
                                                                                                                                \n \
void main()                                                                                                                     \n \
{                                                                                                                               \n \
    vec2 texcoord = gl_FragCoord.xy / UnifDirLightPass.mScreenSize;                                                             \n \
                                                                                                                                \n \
    vec3 worldPos = texture(unifPositionTexture, texcoord).xyz;                                                                 \n \
    vec3 normal   = normalize(texture(unifNormalTexture, texcoord).xyz);                                                        \n \
    vec3 diffuse  = texture(unifDiffuseTexture, texcoord).xyz;                                                                  \n \
                                                                                                                                \n \
    vec4 lightClipPos = UnifDirLightPass.mVPMatrix * vec4(worldPos, 1.0);                                                      \n \
    vec3 projCoords   = lightClipPos.xyz / lightClipPos.w;                                                                   \n \
                                                                                                                                \n \
    float depthValue = texture(unifShadowTexture, projCoords.xy).x;                                                           \n \
    float visibilty  = 1.0;                                                                                                   \n \
    if (depthValue < (projCoords.z))                                                                                  \n \
         visibilty = 0.0;                                                                                                    \n \
                                                                                                                                \n \
    float angleNormal = clamp(dot(normal, UnifDirLightPass.mLightDir.xyz), 0, 1);                                               \n \
                                                                                                                                \n \
    fragColor = vec4(diffuse, 1.0) * visibilty * angleNormal * UnifDirLightPass.mLightColor;                                 \n \
}                                                                                                                               \n";

Answer 1

w 的除法本身不会将其钳制为 [0,1]。从技术上讲，您拥有的是剪辑空间坐标，然后除以 w 将它们转换为 NDC 空间。对几何图形执行此操作时，任何 w 的点 x、y 或 z 都会被剪裁。但是，当您在纹理坐标上执行此操作时，您仍然需要提供适当的纹理环绕模式（通常是GL_CLAMP_TO_EDGE），因为坐标不会自动固定。

请注意，由于坐标被固定，所有投影到阴影贴图远平面之外的点都会表现出相同的行为。通常这表现为超出一定距离的一切都完全处于阴影中。这就是您希望阴影贴图的平截头体与衰减光量更紧密匹配的原因。

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另外，在这种情况下，sampler2DShadow 很有意义...

整件事：

float depthValue = texture(unifShadowTexture, projCoords.xy).x;
float visibilty  = 1.0;

if (depthValue < (projCoords.z))
  visibilty = 0.0;            

可以简化为：

float visibility = texture (unifShadowTexture, projCoords);

只要你做两件事：

1. 将unifShadowTexture 声明为sampler2DShadow
2. 将GL_TEXTURE_COMPARE_MODE 设置为GL_COMPARE_R_TO_TEXTURE 以获得深度纹理

这很有效，因为对于sampler2DShadow，它需要 3D 纹理坐标。 s 和 t 照常工作，r 是它用于比较的值。默认比较函数是GL_LESS，因此您不必更改代码中的任何内容。给定一个 GL_NEAREST 纹理函数，它的返回将是 1.0 或 0.0。它将产生与您上面的代码完全相同的 sn-p，但使用硬件功能进行实际深度测试，并且如果您启用 GL_LINEAR，通常会提高性能并获得便宜的 PCF。

不过，我建议您为纹理坐标的 Z 分量添加一个偏差。像 (0.001) 之类的东西，否则你会得到很多“阴影粉刺”，偏差太高，你会得到“彼得平移”（阴影似乎稍微悬停在它们所附着的任何东西上方）。