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05 Advanced Lighting/ 02 Gamma Correction.md  &  03 Shadows/01 Shadow Mapping.md
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2019-11-25 16:01:24 -05:00
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@@ -20,7 +20,7 @@
![](../img/05/02/gamma_correction_brightness.png) ![](../img/05/02/gamma_correction_brightness.png)
第一行是人眼所感知到的正常的灰阶亮度要增加一倍比如从0.1到0.2)你才会感觉比原来变亮了一倍(译注:这里的意思是说比如一个东西的亮度0.3让人感觉它比原来变亮一倍那么现在这个亮度应该成为0.6而不是0.4也就是说人眼感知到的亮度的变化并非线性均匀分布的。问题的关键在于这样的一倍相当于一个亮度级例如假设0.1、0.2、0.40.8我们定义的四个亮度级别在0.1和0.2之间人眼只能识别出0.15这个中间级而虽然0.4到0.8之间的差距更大,这个区间人眼也只能识别出一个颜色。然而当我们谈论光的物理亮度比如光源发射光子的数量的时候底部第二行的灰阶显示出的才是物理世界真实的亮度。如底部的灰阶显示亮度加倍时返回的也是真实的物理亮度译注这里亮度是指光子数量和正相关的亮度即物理亮度前面讨论的是人的感知亮度物理亮度和感知亮度的区别在于物理亮度基于光子数量感知亮度基于人的感觉比如第二个灰阶里亮度0.1的光子数量是0.2的二分之一),但是由于这与我们的眼睛感知亮度不完全一致(对比较暗的颜色变化更敏感),所以它看起来有差异。 第一行是人眼所感知到的正常的灰阶亮度要增加一倍比如从0.1到0.2)你才会感觉比原来变亮了一倍(译注:我们在看颜色值从0到1从黑到白的过程中亮度要增加一倍我们才会感受到明显的颜色变化变亮一倍。打个比方颜色值从0.1到0.2,我们会感受到一倍的颜色变化,而从0.40.8我们才能感受到相同程度(变亮一倍)的颜色变化。如果还是不理解,可以参考知乎的[答案](https://www.zhihu.com/question/27467127/answer/37602200)。然而当我们谈论光的物理亮度比如光源发射光子的数量的时候底部第二行的灰阶显示出的才是物理世界真实的亮度。如底部的灰阶显示亮度加倍时返回的也是真实的物理亮度译注这里亮度是指光子数量和正相关的亮度即物理亮度前面讨论的是人的感知亮度物理亮度和感知亮度的区别在于物理亮度基于光子数量感知亮度基于人的感觉比如第二个灰阶里亮度0.1的光子数量是0.2的二分之一),但是由于这与我们的眼睛感知亮度不完全一致(对比较暗的颜色变化更敏感),所以它看起来有差异。
因为人眼看到颜色的亮度更倾向于顶部的灰阶监视器使用的也是一种指数关系电压的2.2次幂所以物理亮度通过监视器能够被映射到顶部的非线性亮度因此看起来效果不错译注CRT亮度是是电压的2.2次幂而人眼相当于2次幂因此CRT这个缺陷正好能满足人的需要 因为人眼看到颜色的亮度更倾向于顶部的灰阶监视器使用的也是一种指数关系电压的2.2次幂所以物理亮度通过监视器能够被映射到顶部的非线性亮度因此看起来效果不错译注CRT亮度是是电压的2.2次幂而人眼相当于2次幂因此CRT这个缺陷正好能满足人的需要

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@@ -26,23 +26,23 @@
![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_theory.png) ![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_theory.png)
这里的所有蓝线代表光源可以看到的fragment。黑线代表被遮挡的fragment它们应该渲染为带阴影的。如果我们绘制一条从光源出发到达最右边盒子上的一个片上的线段或射线,那么射线将先击中悬浮的盒子,随后才会到达最右侧的盒子。结果就是悬浮的盒子被照亮,而最右侧的盒子将处于阴影之中。 这里的所有蓝线代表光源可以看到的fragment。黑线代表被遮挡的fragment它们应该渲染为带阴影的。如果我们绘制一条从光源出发到达最右边盒子上的一个片上的线段或射线,那么射线将先击中悬浮的盒子,随后才会到达最右侧的盒子。结果就是悬浮的盒子被照亮,而最右侧的盒子将处于阴影之中。
我们希望得到射线第一次击中的那个物体,然后用这个最近点和射线上其他点进行对比。然后我们将测试一下看看射线上的其他点是否比最近点更远,如果是的话,这个点就在阴影中。对从光源发出的射线上的成千上万个点进行遍历是个极端消耗性能的举措,实时渲染上基本不可取。我们可以采取相似举措,不用投射出光的射线。我们所使用的是非常熟悉的东西:深度缓冲。 我们希望得到射线第一次击中的那个物体,然后用这个最近点和射线上其他点进行对比。然后我们将测试一下看看射线上的其他点是否比最近点更远,如果是的话,这个点就在阴影中。对从光源发出的射线上的成千上万个点进行遍历是个极端消耗性能的举措,实时渲染上基本不可取。我们可以采取相似举措,不用投射出光的射线。我们所使用的是非常熟悉的东西:深度缓冲。
你可能记得在[深度测试](http://learnopengl.com/#!Advanced-OpenGL/Depth-testing)教程中,在深度缓冲里的一个值是摄像机视角下,对应于一个片的一个0到1之间的深度值。如果我们从光源的透视图来渲染场景并把深度值的结果储存到纹理中会怎样通过这种方式我们就能对光源的透视图所见的最近的深度值进行采样。最终深度值就会显示从光源的透视图下见到的第一个片了。我们管储存在纹理中的所有这些深度值叫做深度贴图depth map或阴影贴图。 你可能记得在[深度测试](http://learnopengl.com/#!Advanced-OpenGL/Depth-testing)教程中,在深度缓冲里的一个值是摄像机视角下,对应于一个片的一个0到1之间的深度值。如果我们从光源的透视图来渲染场景并把深度值的结果储存到纹理中会怎样通过这种方式我们就能对光源的透视图所见的最近的深度值进行采样。最终深度值就会显示从光源的透视图下见到的第一个片了。我们管储存在纹理中的所有这些深度值叫做深度贴图depth map或阴影贴图。
![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_theory_spaces.png) ![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_theory_spaces.png)
左侧的图片展示了一个定向光源(所有光线都是平行的)在立方体下的表面投射的阴影。通过储存到深度贴图中的深度值,我们就能找到最近点,用以决定片是否在阴影中。我们使用一个来自光源的视图和投影矩阵来渲染场景就能创建一个深度贴图。这个投影和视图矩阵结合在一起成为一个\(T\)变换,它可以将任何三维位置转变到光源的可见坐标空间。 左侧的图片展示了一个定向光源(所有光线都是平行的)在立方体下的表面投射的阴影。通过储存到深度贴图中的深度值,我们就能找到最近点,用以决定片是否在阴影中。我们使用一个来自光源的视图和投影矩阵来渲染场景就能创建一个深度贴图。这个投影和视图矩阵结合在一起成为一个\(T\)变换,它可以将任何三维位置转变到光源的可见坐标空间。
!!! Important !!! Important
定向光并没有位置,因为它被规定为无穷远。然而,为了实现阴影贴图,我们得从一个光的透视图渲染场景,这样就得在光的方向的某一点上渲染场景。 定向光并没有位置,因为它被规定为无穷远。然而,为了实现阴影贴图,我们得从一个光的透视图渲染场景,这样就得在光的方向的某一点上渲染场景。
在右边的图中我们显示出同样的平行光和观察者。我们渲染一个点\(\bar{\color{red}{P}}\)处的片,需要决定它是否在阴影中。我们先得使用\(T\)把\(\bar{\color{red}{P}}\)变换到光源的坐标空间里。既然点\(\bar{\color{red}{P}}\)是从光的透视图中看到的它的z坐标就对应于它的深度例子中这个值是0.9。使用点\(\bar{\color{red}{P}}\)在光源的坐标空间的坐标,我们可以索引深度贴图,来获得从光的视角中最近的可见深度,结果是点\(\bar{\color{green}{C}}\)最近的深度是0.4。因为索引深度贴图的结果是一个小于点\(\bar{\color{red}{P}}\)的深度,我们可以断定\(\bar{\color{red}{P}}\)被挡住了,它在阴影中了。 在右边的图中我们显示出同样的平行光和观察者。我们渲染一个点\(\bar{\color{red}{P}}\)处的片,需要决定它是否在阴影中。我们先得使用\(T\)把\(\bar{\color{red}{P}}\)变换到光源的坐标空间里。既然点\(\bar{\color{red}{P}}\)是从光的透视图中看到的它的z坐标就对应于它的深度例子中这个值是0.9。使用点\(\bar{\color{red}{P}}\)在光源的坐标空间的坐标,我们可以索引深度贴图,来获得从光的视角中最近的可见深度,结果是点\(\bar{\color{green}{C}}\)最近的深度是0.4。因为索引深度贴图的结果是一个小于点\(\bar{\color{red}{P}}\)的深度,我们可以断定\(\bar{\color{red}{P}}\)被挡住了,它在阴影中了。
深度映射由两个步骤组成:首先,我们渲染深度贴图,然后我们像往常一样渲染场景,使用生成的深度贴图来计算片是否在阴影之中。听起来有点复杂,但随着我们一步一步地讲解这个技术,就能理解了。 阴影映射由两个步骤组成:首先,我们渲染深度贴图,然后我们像往常一样渲染场景,使用生成的深度贴图来计算片是否在阴影之中。听起来有点复杂,但随着我们一步一步地讲解这个技术,就能理解了。
## 深度贴图 ## 深度贴图
@@ -71,7 +71,7 @@ glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
``` ```
生成深度贴图不太复杂。因为我们只关心深度值我们要把纹理格式指定为GL_DEPTH_COMPONENT。我们还要把纹理的高宽设置为1024这是深度贴图的解析度 生成深度贴图不太复杂。因为我们只关心深度值我们要把纹理格式指定为GL_DEPTH_COMPONENT。我们还要把纹理的高宽设置为1024这是深度贴图的分辨率
把我们把生成的深度纹理作为帧缓冲的深度缓冲: 把我们把生成的深度纹理作为帧缓冲的深度缓冲:
@@ -103,7 +103,7 @@ glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, depthMap);
RenderScene(); RenderScene();
``` ```
这段代码隐去了一些细节但它表达了阴影映射的基本思路。这里一定要记得调用glViewport。因为阴影贴图经常和我们原来渲染的场景通常是窗口解析度)有着不同的解析度我们需要改变视口viewport的参数以适应阴影贴图的尺寸。如果我们忘了更新视口参数最后的深度贴图要么太小要么就不完整。 这段代码隐去了一些细节但它表达了阴影映射的基本思路。这里一定要记得调用glViewport。因为阴影贴图经常和我们原来渲染的场景通常是窗口分辨率)有着不同的分辨率我们需要改变视口viewport的参数以适应阴影贴图的尺寸。如果我们忘了更新视口参数最后的深度贴图要么太小要么就不完整。
### 光源空间的变换 ### 光源空间的变换
@@ -116,12 +116,12 @@ GLfloat near_plane = 1.0f, far_plane = 7.5f;
glm::mat4 lightProjection = glm::ortho(-10.0f, 10.0f, -10.0f, 10.0f, near_plane, far_plane); glm::mat4 lightProjection = glm::ortho(-10.0f, 10.0f, -10.0f, 10.0f, near_plane, far_plane);
``` ```
这里有个本节教程的demo场景中使用的正交投影矩阵的例子。因为投影矩阵间接决定可视区域的范围以及哪些东西不会被裁切你需要保证投影视锥frustum的大小以包含打算在深度贴图中包含的物体。当物体和片不在深度贴图中时,它们就不会产生阴影。 这里有个本节教程的demo场景中使用的正交投影矩阵的例子。因为投影矩阵间接决定可视区域的范围以及哪些东西不会被裁切你需要保证投影视锥frustum的大小以包含打算在深度贴图中包含的物体。当物体和片不在深度贴图中时,它们就不会产生阴影。
为了创建一个视图矩阵来变换每个物体把它们变换到从光源视角可见的空间中我们将使用glm::lookAt函数这次从光源的位置看向场景中央。 为了创建一个视图矩阵来变换每个物体把它们变换到从光源视角可见的空间中我们将使用glm::lookAt函数这次从光源的位置看向场景中央。
```c++ ```c++
glm::mat4 lightView = glm::lookAt(glm::vec(-2.0f, 4.0f, -1.0f), glm::vec3(0.0f), glm::vec3(1.0)); glm::mat4 lightView = glm::lookAt(glm::vec(-2.0f, 4.0f, -1.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
``` ```
二者相结合为我们提供了一个光空间的变换矩阵,它将每个世界空间坐标变换到光源处所见到的那个空间;这正是我们渲染深度贴图所需要的。 二者相结合为我们提供了一个光空间的变换矩阵,它将每个世界空间坐标变换到光源处所见到的那个空间;这正是我们渲染深度贴图所需要的。
@@ -130,7 +130,7 @@ glm::mat4 lightView = glm::lookAt(glm::vec(-2.0f, 4.0f, -1.0f), glm::vec3(0.0f),
glm::mat4 lightSpaceMatrix = lightProjection * lightView; glm::mat4 lightSpaceMatrix = lightProjection * lightView;
``` ```
这个lightSpaceMatrix正是前面我们称为\(T\)的那个变换矩阵。有了lightSpaceMatrix只要给shader提供光空间的投影和视图矩阵我们就能像往常那样渲染场景了。然而我们只关心深度值并非所有片计算都在我们的着色器中进行。为了提升性能,我们将使用一个与之不同但更为简单的着色器来渲染出深度贴图。 这个lightSpaceMatrix正是前面我们称为\(T\)的那个变换矩阵。有了lightSpaceMatrix只要给shader提供光空间的投影和视图矩阵我们就能像往常那样渲染场景了。然而我们只关心深度值并非所有片计算都在我们的着色器中进行。为了提升性能,我们将使用一个与之不同但更为简单的着色器来渲染出深度贴图。
### 渲染至深度贴图 ### 渲染至深度贴图
@@ -151,7 +151,7 @@ void main()
这个顶点着色器将一个单独模型的一个顶点使用lightSpaceMatrix变换到光空间中。 这个顶点着色器将一个单独模型的一个顶点使用lightSpaceMatrix变换到光空间中。
由于我们没有颜色缓冲,最后的片不需要任何处理,所以我们可以简单地使用一个空像素着色器: 由于我们没有颜色缓冲,最后的片不需要任何处理,所以我们可以简单地使用一个空片段着色器:
```c++ ```c++
#version 330 core #version 330 core
@@ -162,7 +162,7 @@ void main()
} }
``` ```
这个空像素着色器什么也不干,运行完后,深度缓冲会被更新。我们可以取消那行的注释,来显式设置深度,但是这个(指注释掉那行之后)是更有效率的,因为底层无论如何都会默认去设置深度缓冲。 这个空片段着色器什么也不干,运行完后,深度缓冲会被更新。我们可以取消那行的注释,来显式设置深度,但是这个(指注释掉那行之后)是更有效率的,因为底层无论如何都会默认去设置深度缓冲。
渲染深度缓冲现在成了: 渲染深度缓冲现在成了:
@@ -179,11 +179,11 @@ glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
这里的RenderScene函数的参数是一个着色器程序shader program它调用所有相关的绘制函数并在需要的地方设置相应的模型矩阵。 这里的RenderScene函数的参数是一个着色器程序shader program它调用所有相关的绘制函数并在需要的地方设置相应的模型矩阵。
最后,在光的透视图视角下,很完美地用每个可见片的最近深度填充了深度缓冲。通过将这个纹理投射到一个2D四边形上和我们在帧缓冲一节做的后处理过程类似就能在屏幕上显示出来我们会获得这样的东西 最后,在光的透视图视角下,很完美地用每个可见片的最近深度填充了深度缓冲。通过将这个纹理投射到一个2D四边形上和我们在帧缓冲一节做的后处理过程类似就能在屏幕上显示出来我们会获得这样的东西
![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_depth_map.png) ![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_depth_map.png)
将深度贴图渲染到四边形上的像素着色器: 将深度贴图渲染到四边形上的片段着色器:
```c++ ```c++
#version 330 core #version 330 core
@@ -201,11 +201,11 @@ void main()
要注意的是当用透视投影矩阵取代正交投影矩阵来显示深度时,有一些轻微的改动,因为使用透视投影时,深度是非线性的。本节教程的最后,我们会讨论这些不同之处。 要注意的是当用透视投影矩阵取代正交投影矩阵来显示深度时,有一些轻微的改动,因为使用透视投影时,深度是非线性的。本节教程的最后,我们会讨论这些不同之处。
你可以在[这里](http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=advanced-lighting/shadow_mapping_depth_map)获得把场景渲染成深度贴图的源码。 你可以在[这里](https://learnopengl.com/code_viewer_gh.php?code=src/5.advanced_lighting/3.1.1.shadow_mapping_depth/shadow_mapping_depth.cpp)获得把场景渲染成深度贴图的源码。
## 渲染阴影 ## 渲染阴影
正确地生成深度贴图以后我们就可以开始生成阴影了。这段代码在像素着色器中执行,用来检验一个片是否在阴影之中,不过我们在顶点着色器中进行光空间的变换: 正确地生成深度贴图以后我们就可以开始生成阴影了。这段代码在片段着色器中执行,用来检验一个片是否在阴影之中,不过我们在顶点着色器中进行光空间的变换:
```c++ ```c++
#version 330 core #version 330 core
@@ -237,9 +237,9 @@ void main()
} }
``` ```
这儿的新的地方是FragPosLightSpace这个输出向量。我们用同一个lightSpaceMatrix把世界空间顶点位置转换为光空间。顶点着色器传递一个普通的经变换的世界空间顶点位置vs_out.FragPos和一个光空间的vs_out.FragPosLightSpace给像素着色器。 这儿的新的地方是FragPosLightSpace这个输出向量。我们用同一个lightSpaceMatrix把世界空间顶点位置转换为光空间。顶点着色器传递一个普通的经变换的世界空间顶点位置vs_out.FragPos和一个光空间的vs_out.FragPosLightSpace给片段着色器。
像素着色器使用Blinn-Phong光照模型渲染场景。我们接着计算出一个shadow值当fragment在阴影中时是1.0在阴影外是0.0。然后diffuse和specular颜色会乘以这个阴影元素。由于阴影不会是全黑的由于散射我们把ambient分量从乘法中剔除。 片段着色器使用Blinn-Phong光照模型渲染场景。我们接着计算出一个shadow值当fragment在阴影中时是1.0在阴影外是0.0。然后diffuse和specular颜色会乘以这个阴影元素。由于阴影不会是全黑的由于散射我们把ambient分量从乘法中剔除。
```c++ ```c++
#version 330 core #version 330 core
@@ -289,9 +289,9 @@ void main()
} }
``` ```
像素着色器大部分是从高级光照教程中复制过来只不过加上了个阴影计算。我们声明一个shadowCalculation函数用它计算阴影。像素着色器的最后我们我们把diffuse和specular乘以(1-阴影元素),这表示这个片有多大成分不在阴影中。这个像素着色器还需要两个额外输入,一个是光空间的片位置和第一个渲染阶段得到的深度贴图。 片段着色器大部分是从高级光照教程中复制过来只不过加上了个阴影计算。我们声明一个shadowCalculation函数用它计算阴影。片段着色器的最后我们我们把diffuse和specular乘以(1-阴影元素),这表示这个片有多大成分不在阴影中。这个片段着色器还需要两个额外输入,一个是光空间的片位置和第一个渲染阶段得到的深度贴图。
首先要检查一个片是否在阴影中,把光空间片位置转换为裁切空间的标准化设备坐标。当我们在顶点着色器输出一个裁切空间顶点位置到gl_Position时OpenGL自动进行一个透视除法将裁切空间坐标的范围-w到w转为-1到1这要将x、y、z元素除以向量的w元素来实现。由于裁切空间的FragPosLightSpace并不会通过gl_Position传到像素着色器里,我们必须自己做透视除法: 首先要检查一个片是否在阴影中,把光空间片位置转换为裁切空间的标准化设备坐标。当我们在顶点着色器输出一个裁切空间顶点位置到gl_Position时OpenGL自动进行一个透视除法将裁切空间坐标的范围-w到w转为-1到1这要将x、y、z元素除以向量的w元素来实现。由于裁切空间的FragPosLightSpace并不会通过gl_Position传到片段着色器里,我们必须自己做透视除法:
```c++ ```c++
float ShadowCalculation(vec4 fragPosLightSpace) float ShadowCalculation(vec4 fragPosLightSpace)
@@ -302,7 +302,7 @@ float ShadowCalculation(vec4 fragPosLightSpace)
} }
``` ```
返回了片在光空间的-1到1的范围。 返回了片在光空间的-1到1的范围。
!!! Important !!! Important
@@ -321,13 +321,13 @@ projCoords = projCoords * 0.5 + 0.5;
float closestDepth = texture(shadowMap, projCoords.xy).r; float closestDepth = texture(shadowMap, projCoords.xy).r;
``` ```
为了得到片的当前深度我们简单获取投影向量的z坐标它等于来自光的透视视角的片的深度。 为了得到片的当前深度我们简单获取投影向量的z坐标它等于来自光的透视视角的片的深度。
```c++ ```c++
float currentDepth = projCoords.z; float currentDepth = projCoords.z;
``` ```
实际的对比就是简单检查currentDepth是否高于closetDepth如果是那么片就在阴影中。 实际的对比就是简单检查currentDepth是否高于closetDepth如果是那么片就在阴影中。
```c++ ```c++
float shadow = currentDepth > closestDepth ? 1.0 : 0.0; float shadow = currentDepth > closestDepth ? 1.0 : 0.0;
@@ -344,9 +344,9 @@ float ShadowCalculation(vec4 fragPosLightSpace)
projCoords = projCoords * 0.5 + 0.5; projCoords = projCoords * 0.5 + 0.5;
// 取得最近点的深度(使用[0,1]范围下的fragPosLight当坐标) // 取得最近点的深度(使用[0,1]范围下的fragPosLight当坐标)
float closestDepth = texture(shadowMap, projCoords.xy).r; float closestDepth = texture(shadowMap, projCoords.xy).r;
// 取得当前片在光源视角下的深度 // 取得当前片在光源视角下的深度
float currentDepth = projCoords.z; float currentDepth = projCoords.z;
// 检查当前片是否在阴影中 // 检查当前片是否在阴影中
float shadow = currentDepth > closestDepth ? 1.0 : 0.0; float shadow = currentDepth > closestDepth ? 1.0 : 0.0;
return shadow; return shadow;
@@ -357,7 +357,7 @@ float ShadowCalculation(vec4 fragPosLightSpace)
![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_shadows.png) ![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_shadows.png)
如果你做对了你会看到地板和上有立方体的阴影。你可以从这里找到demo程序的[源码](http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=advanced-lighting/shadow_mapping_shadows)。 如果你做对了你会看到地板和上有立方体的阴影。你可以从这里找到demo程序的[源码](https://learnopengl.com/code_viewer_gh.php?code=src/5.advanced_lighting/3.1.2.shadow_mapping_base/shadow_mapping_base.cpp)。
## 改进阴影贴图 ## 改进阴影贴图
@@ -373,11 +373,11 @@ float ShadowCalculation(vec4 fragPosLightSpace)
![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_acne_diagram.png) ![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_acne_diagram.png)
因为阴影贴图受限于解析度,在距离光源比较远的情况下,多个片可能从深度贴图的同一个值中去采样。图片每个斜坡代表深度贴图一个单独的纹理像素。你可以看到,多个片从同一个深度值进行采样。 因为阴影贴图受限于分辨率,在距离光源比较远的情况下,多个片可能从深度贴图的同一个值中去采样。图片每个斜坡代表深度贴图一个单独的纹理像素。你可以看到,多个片从同一个深度值进行采样。
虽然很多时候没问题,但是当光源以一个角度朝向表面的时候就会出问题,这种情况下深度贴图也是从一个角度下进行渲染的。多个片就会从同一个斜坡的深度纹理像素中采样,有些在地板上面,有些在地板下面;这样我们所得到的阴影就有了差异。因为这个,有些片被认为是在阴影之中,有些不在,由此产生了图片中的条纹样式。 虽然很多时候没问题,但是当光源以一个角度朝向表面的时候就会出问题,这种情况下深度贴图也是从一个角度下进行渲染的。多个片就会从同一个斜坡的深度纹理像素中采样,有些在地板上面,有些在地板下面;这样我们所得到的阴影就有了差异。因为这个,有些片被认为是在阴影之中,有些不在,由此产生了图片中的条纹样式。
我们可以用一个叫做**阴影偏移**shadow bias的技巧来解决这个问题我们简单的对表面的深度或深度贴图应用一个偏移量这样片就不会被错误地认为在表面之下了。 我们可以用一个叫做**阴影偏移**shadow bias的技巧来解决这个问题我们简单的对表面的深度或深度贴图应用一个偏移量这样片就不会被错误地认为在表面之下了。
![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_acne_bias.png) ![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_acne_bias.png)
@@ -470,13 +470,13 @@ float ShadowCalculation(vec4 fragPosLightSpace)
## PCF ## PCF
阴影现在已经附着到场景中了,不过这仍不是我们想要的。如果你放大看阴影,阴影映射对解析度的依赖很快变得很明显。 阴影现在已经附着到场景中了,不过这仍不是我们想要的。如果你放大看阴影,阴影映射对分辨率的依赖很快变得很明显。
![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_zoom.png) ![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_zoom.png)
因为深度贴图有一个固定的解析度,多个片对应于一个纹理像素。结果就是多个片会从深度贴图的同一个深度值进行采样,这几个片便得到的是同一个阴影,这就会产生锯齿边。 因为深度贴图有一个固定的分辨率,多个片对应于一个纹理像素。结果就是多个片会从深度贴图的同一个深度值进行采样,这几个片便得到的是同一个阴影,这就会产生锯齿边。
你可以通过增加深度贴图解析度的方式来降低锯齿块,也可以尝试尽可能的让光的视锥接近场景。 你可以通过增加深度贴图的分辨率的方式来降低锯齿块,也可以尝试尽可能的让光的视锥接近场景。
另一个并不完整的解决方案叫做PCFpercentage-closer filtering这是一种多个不同过滤方式的组合它产生柔和阴影使它们出现更少的锯齿块和硬边。核心思想是从深度贴图中多次采样每一次采样的纹理坐标都稍有不同。每个独立的样本可能在也可能不再阴影中。所有的次生结果接着结合在一起进行平均化我们就得到了柔和阴影。 另一个并不完整的解决方案叫做PCFpercentage-closer filtering这是一种多个不同过滤方式的组合它产生柔和阴影使它们出现更少的锯齿块和硬边。核心思想是从深度贴图中多次采样每一次采样的纹理坐标都稍有不同。每个独立的样本可能在也可能不再阴影中。所有的次生结果接着结合在一起进行平均化我们就得到了柔和阴影。
@@ -502,7 +502,7 @@ shadow /= 9.0;
![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_soft_shadows.png) ![](../../img/05/03/01/shadow_mapping_soft_shadows.png)
从稍微远一点的距离看去,阴影效果好多了,也不那么生硬了。如果你放大,仍会看到阴影贴图解析度的不真实感,但通常对于大多数应用来说效果已经很好了。 从稍微远一点的距离看去,阴影效果好多了,也不那么生硬了。如果你放大,仍会看到阴影贴图分辨率的不真实感,但通常对于大多数应用来说效果已经很好了。
你可以从[这里](http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=advanced-lighting/shadow_mapping)找到这个例子的全部源码和第二个阶段的[顶点](http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=advanced-lighting/shadow_mapping&type=vertex)和[片段](http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=advanced-lighting/shadow_mapping&type=fragment)着色器。 你可以从[这里](http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=advanced-lighting/shadow_mapping)找到这个例子的全部源码和第二个阶段的[顶点](http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=advanced-lighting/shadow_mapping&type=vertex)和[片段](http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=advanced-lighting/shadow_mapping&type=fragment)着色器。
@@ -549,4 +549,4 @@ void main()
- [Tutorial 16 : Shadow mapping](http://www.opengl-tutorial.org/intermediate-tutorials/tutorial-16-shadow-mapping/):提供的类似的阴影映射教程,里面有一些额外的解释。 - [Tutorial 16 : Shadow mapping](http://www.opengl-tutorial.org/intermediate-tutorials/tutorial-16-shadow-mapping/):提供的类似的阴影映射教程,里面有一些额外的解释。
- [Shadow Mapping Part 1ogldev](http://ogldev.atspace.co.uk/www/tutorial23/tutorial23.html):提供的另一个阴影映射教程。 - [Shadow Mapping Part 1ogldev](http://ogldev.atspace.co.uk/www/tutorial23/tutorial23.html):提供的另一个阴影映射教程。
- [How Shadow Mapping Works](https://www.youtube.com/watch?v=EsccgeUpdsM)的一个第三方YouTube视频教程里面解释了阴影映射及其实现。 - [How Shadow Mapping Works](https://www.youtube.com/watch?v=EsccgeUpdsM)的一个第三方YouTube视频教程里面解释了阴影映射及其实现。
- [Common Techniques to Improve Shadow Depth Maps](https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ee416324%28v=vs.85%29.aspx):微软的一篇好文章,其中理出了很多提升阴影贴图质量的技术。 - [Common Techniques to Improve Shadow Depth Maps](https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ee416324%28v=vs.85%29.aspx):微软的一篇好文章,其中理出了很多提升阴影贴图质量的技术。