c++ - 现代OpenGL阴影立方体贴图上的指针？

背景

我正在使用C++和现代OpenGL(3.3)进行3D游戏。我现在正在进行照明和阴影渲染，并且已经成功实现了定向阴影贴图。阅读完游戏要求后，我决定需要点光源阴影贴图。经过研究后，我发现要进行全向阴影贴图，我将执行类似于定向阴影贴图的操作，但是要使用立方体贴图。

我以前没有立方体贴图的知识，但是我对它们的理解是，立方体贴图是六个纹理，无缝地相连。
我环顾四周，但不幸的是，我很难找到关于现代OpenGL的权威“教程”。我首先寻找从头到尾对其进行解释的教程，因为我非常努力地从源代码片段或概念片段中学习，但是我尝试了。

当前的理解

这是我对该想法的一般理解，不包括技术知识。请纠正我。

对于每个点光源，都设置了帧缓冲区，如定向阴影贴图

然后生成一个多维数据集贴图纹理，并与glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, shadowmap)绑定(bind)。

多维数据集映射使用以下属性设置:

glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

(这也类似于定向阴影贴图)

现在glTexImage2D()循环了六次，每张脸一次。我这样做是这样的:

 for (int face = 0; face < 6; face++) // Fill each face of the shadow cubemap
     glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + face, 0, GL_DEPTH_COMPONENT32F , 1024, 1024, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, NULL);

通过调用将纹理附加到帧缓冲区

glFramebufferTexture(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, shadowmap, 0);

要渲染场景时，将分两遍渲染，如定向阴影贴图。

首先，绑定(bind)阴影帧缓冲区，将视口(viewport)调整为阴影贴图的大小(在这种情况下为1024 x 1024)。

使用glCullFace(GL_FRONT)剔除设置为正面

Activity 的着色器程序已切换到顶点和片段阴影着色器，我将提供进一步向下的源

计算所有六个 View 的浅 View 矩阵。我通过创建glm::mat4的 vector 并用push_back()矩阵来做到这一点，如下所示:

// Create the six view matrices for all six sides
for (int i = 0; i < renderedObjects.size(); i++) // Iterate through all rendered objects
{
    renderedObjects[i]->bindBuffers(); // Bind buffers for rendering with it

    glm::mat4 depthModelMatrix = renderedObjects[i]->getModelMatrix(); // Set up model matrix

    for (int i = 0; i < 6; i++) // Draw for each side of the light
    {
        glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, shadowmap, 0);
        glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // Clear depth buffer

        // Send MVP for shadow map
        glm::mat4 depthMVP = depthProjectionMatrix * depthViewMatrices[i] * depthModelMatrix;
        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "depthMVP"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthMVP));

        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "lightViewMatrix"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthViewMatrices[i]));
        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shadowMappingProgram, "lightProjectionMatrix"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(depthProjectionMatrix));
        glDrawElements(renderedObjects[i]->getDrawType(), renderedObjects[i]->getElementSize(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
    }
}

绑定(bind)了默认的帧缓冲区，并且正常绘制了场景。

问题

现在，到着色器。这是我的理解干dry的地方。我完全不确定该怎么做，我的研究似乎彼此冲突，因为它适用于不同的版本。我最终从随机来源中无味地复制和粘贴代码，希望它能实现除黑屏以外的其他功能。我知道这很糟糕，但是似乎没有明确的定义。我在什么空间工作？像在定向点照明中使用的那样，我是否还需要单独的阴影着色器？我到底该用什么作为阴影立方体贴图的类型？ samplerCube？ samplerCubeShadow？我如何正确采样所说的多维数据集映射？我希望有人可以帮我解决这个问题，并提供一个很好的解释。
我目前对着色器部分的了解是:
-将场景渲染到立方体贴图中时，顶点着色器仅采用我在C++代码中计算出的depthMVP统一并通过它们转换输入顶点。
-立方体贴图传递的片段着色器仅将单输出值分配给gl_FragCoord.z。 (这一部分与我实现定向阴影贴图时没有什么变化。我假设它与立方体贴图是相同的，因为着色器甚至不与立方体贴图进行交互-OpenGL只是将它们的输出渲染到立方体贴图，对吗？因为它是帧缓冲区？)

普通渲染的顶点着色器不变。

在用于常规渲染的片段着色器中，顶点位置与光源的投影和 View 矩阵一起转换为光源的空间。

在立方贴图纹理查找中以某种方式使用了它。 ???

一旦使用魔术手段获得了深度，就将其与光线到顶点的距离进行比较，就像定向阴影贴图一样。如果更少，则必须遮盖该点，反之亦然。

这不是什么了解。关于顶点如何转换以及如何用于查找立方体贴图，我一无所知，因此我将为着色器粘贴源代码，以希望人们能够阐明这一点。请注意，这段代码很多都是盲目复制和粘贴，我没有做任何改动以免损害任何理解。

阴影顶点着色器:

#version 150

in vec3 position;

uniform mat4 depthMVP;

void main()
{
    gl_Position = depthMVP * vec4(position, 1);
}

阴影片段着色器:

#version 150

out float fragmentDepth;

void main()
{
    fragmentDepth = gl_FragCoord.z;
}

标准顶点着色器:

#version 150

in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 texcoord;

uniform mat3 modelInverseTranspose;
uniform mat4 modelMatrix;
uniform mat4 viewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;

out vec3 fragnormal;
out vec3 fragnormaldirection;
out vec2 fragtexcoord;
out vec4 fragposition;
out vec4 fragshadowcoord;

void main()
{
    fragposition = modelMatrix * vec4(position, 1.0);
    fragtexcoord = texcoord;
    fragnormaldirection = normalize(modelInverseTranspose * normal);
    fragnormal = normalize(normal);
    fragshadowcoord = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * vec4(position, 1.0);


    gl_Position = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * vec4(position, 1.0);
}

标准片段着色器:

#version 150

out vec4 outColour;

in vec3 fragnormaldirection;
in vec2 fragtexcoord;
in vec3 fragnormal;
in vec4 fragposition;
in vec4 fragshadowcoord;

uniform mat4 modelMatrix;
uniform mat4 viewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;
uniform mat4 viewMatrixInversed;

uniform mat4 lightViewMatrix;
uniform mat4 lightProjectionMatrix;

uniform sampler2D tex;
uniform samplerCubeShadow shadowmap;

float VectorToDepthValue(vec3 Vec)
{
    vec3 AbsVec = abs(Vec);
    float LocalZcomp = max(AbsVec.x, max(AbsVec.y, AbsVec.z));

    const float f = 2048.0;
    const float n = 1.0;
    float NormZComp = (f+n) / (f-n) - (2*f*n)/(f-n)/LocalZcomp;
    return (NormZComp + 1.0) * 0.5;
}

float ComputeShadowFactor(samplerCubeShadow ShadowCubeMap, vec3 VertToLightWS)
{
    float ShadowVec = texture(ShadowCubeMap, vec4(VertToLightWS, 1.0));
    if (ShadowVec + 0.0001 > VectorToDepthValue(VertToLightWS)) // To avoid self shadowing, I guess
        return 1.0;

    return 0.7;
}

void main()
{
    vec3 light_position = vec3(0.0, 0.0, 0.0);
    vec3 VertToLightWS = light_position - fragposition.xyz;
    outColour = texture(tex, fragtexcoord) * ComputeShadowFactor(shadowmap, VertToLightWS);
}

我不记得ComputerShadowFactor和VectorToDepthValue函数代码的来源，因为我正在我的笔记本电脑上研究它，但现在还不行，但这是这些着色器的结果:

这是一个由阴影空间包围的无阴影空间的小方块。

由于缺乏相关知识，我在这里显然做错了很多事情，可能集中在我的着色器上，因为我很难从教程中学习任何东西，对此我感到非常抱歉。我很茫然，如果有人可以清楚地解释我在做什么，为什么做错，如何修复它甚至是一些代码，这可以很好地阐明这一点。我认为问题可能是因为我在错误的地方工作。

最佳答案

我希望为您的某些问题提供答案，但首先需要一些定义:

什么是立方体贴图？

它是从方向 vector 投影到一对[face，该面上的2d坐标]的映射，该映射是通过将方向 vector 投影在假设的立方体上而获得的。

什么是OpenGL立方体贴图纹理？

它是一组六个“图像”。

什么是GLSL立方体贴图采样器？

它是一个采样器原语，可以从中进行立方体贴图采样。这意味着它是使用方向 vector 而不是通常的纹理坐标进行采样的。然后，硬件将方向 vector 投影到一个假设的立方体上，并使用生成的[face，2d纹理坐标]对在正确的2d位置采样正确的“图像”。

什么是GLSL阴影采样器？

它是一个采样器原语，绑定(bind)到包含NDC空间深度值的纹理，并且在使用阴影特定的采样函数进行采样时，返回NDC空间深度(在阴影贴图的相同空间中，显然)，NDC空间深度存储在有界纹理内。在调用采样函数时，将要比较的深度指定为纹理坐标中的附加元素。请注意，提供阴影采样器是为了易于使用和提高速度，但是始终可以在着色器中“手动”进行比较。

现在，对于您的问题:

OpenGL只是将渲染到立方体贴图，对吧？

不，OpenGL渲染到当前绑定(bind)的帧缓冲区中的一组目标。

对于立方体贴图，通常的渲染方法是:

创建它们，并将它们的六个“图像”分别附加到同一图像上
帧缓冲区(显然在不同的连接点)

一次仅启用一个目标(因此，您分别渲染每个多维数据集的面)

以在立方体贴图的面孔中呈现您想要的内容(可能使用特定于面孔的“ View ”和“投影”矩阵)

点光源阴影贴图

除了关于立方体贴图的所有内容外，使用立方体贴图实现点光源阴影贴图还有很多问题，因此很少使用硬件深度比较。

相反，常见的做法如下:

而不是写NDC空间深度，而是从
点光源

查询阴影贴图时的

(请参见底部的示例代码):

不使用硬件深度比较(使用samplerCube而不是samplerCubeShadow)

在“立方体空间”中转换要测试的点(根本不包括投影)

使用“多维数据集空间” vector 作为查找方向以对多维数据集映射进行采样

比较从立方体贴图采样的径向距离与测试点的径向距离

示例代码

// sample radial distance from the cubemap
float radial_dist = texture(my_cubemap, cube_space_vector).x;

// compare against test point radial distance
bool shadowed = length(cube_space_vector) > radial_dist;