C++ - 动态阴影投射答案

【问题标题】：C++ - Dynamic Shadow CastingC++ - 动态阴影投射
【发布时间】：2014-02-28 01:37:19
【问题描述】：

我正在为学校做一个游戏项目，但遇到了照明问题。我已经阅读了很多教程和主题，但似乎没有一个对我有用。我能产生的唯一可行的算法是通过带有光线投射的暴力行（这显然导致帧率问题等）。将阴影投射到 2D 平面上的最佳方法是什么？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

如果您使用的是 OpenGL 之类的东西，有很多关于该主题的教程。如果您正在编写自己的渲染器，您将不得不做更多的工作，但同样的原则也适用。

获得阴影的方法有很多，但很大程度上取决于您的需求和计算能力。我想说的最流行/最常见的两种方法是

光线追踪阴影
阴影贴图

光线追踪阴影在我看来更容易理解和实现。基本上，当您对像素进行着色时，您会向光源投射光线，其中最大光线长度是到光线的距离。如果光线没有击中任何东西，那么您正在着色的点被认为不在阴影中。如果光线命中距离小于到灯光的距离，则它处于阴影中。用简单的英语你可以这样想，如果我的眼睛位于世界上的这个位置，我是否可以直接看到光线？

这种方法将为您提供完美的硬边阴影。这是因为光源被认为是无限小。当您想要柔和的阴影或聚光灯锥角衰减时，它可能会变得更复杂一些。

阴影贴图目前更常用于实时/游戏应用程序，尽管随着新机器中内核数量的增加，我相信阴影贴图的相关性会越来越低。

这里有一个关于 OpenGL 中阴影映射的教程，但概念与您在任何其他渲染系统中找到的相同。 http://www.opengl-tutorial.org/intermediate-tutorials/tutorial-16-shadow-mapping/

简而言之，阴影贴图只是从灯光的角度对 3D 场景进行渲染，但不是为场景中的对象存储颜色，而是存储深度值。然后稍后当您从相机的角度进行渲染时，您使用阴影贴图作为深度值的查找。您从相机的角度进行着色的点需要转换到用于生成阴影贴图（或深度图像）的相同视图/投影矩阵的空间中，这样您就知道被着色的像素在哪里从灯光的角度渲染。

阴影贴图往往会占用更多内存，并且通常比光线追踪更快。光线追踪几乎不占用任何内存，可以很容易地进行线程化，但是如果场景有很多几何体，投射光线的速度成本会变得非常昂贵。

添加阴影的方法还有很多，但是如果没有更详细地说明您想要什么，就很难给出方向。例如，如果您只想要游戏中角色下方的黑暗区域，您可以使用带有圆形渐变的精灵来伪造阴影。 Sprite 阴影速度非常快，但除非您的地板完全平坦，否则看起来会不正确。如果您想在平坦的表面上获得准确的阴影，您还可以使用投影阴影，您基本上是使用光线投射将几何体从灯光位置投影到地板上，并将其渲染为黑色。但同样，这真的取决于您的需求。您可能希望通过有关您的项目的更多细节来更新您的问题。

【讨论】：

感谢您抽出宝贵时间为我写出来！我正在使用 SFML 进行渲染，但我仍会查看您向我展示的教程。我应该把这个问题提出来，但我正在寻找光照贴图上的主要投影点（有点像this）
我自己刚刚开始使用 SFML 来处理窗口、事件、声音和网络的东西。我很惊讶没有任何关于阴影贴图的教程。至少，我没有通过快速网络搜索找到任何东西。虽然，SFML 在后台使用 OpenGL，但您应该能够在 SFML 命令之间插入自己的 OpenGL 命令。阴影贴图的棘手部分是您需要一个屏幕外帧缓冲区来存储深度图像，并且有几种方法可以处理它。如果您的阴影不会移动，我会查看光照贴图（将光照烘焙到纹理中）
是的，我已经 Google 无情地试图在上面找到任何东西。我正在制作一个 roguelike 地牢爬行者，所以我的阴影很可能需要是动态的。
最终你可能会想要立方体贴图阴影，这样你就可以拥有手电筒的灯光效果。基本上是一样的，但是你需要为立方体的每一面渲染阴影贴图，你需要从中投射阴影。这是我知道做点光阴影的唯一方法。您可以在 Unity 中轻松完成所有这些操作，但不确定这是否会违反您所学课程的规则。我还猜想你的课程不需要阴影，因为他们没有教你怎么做；）可能想要专注于游戏/设计，然后担心照明/效果。