Learn OpenGL 笔记6.3 Shadow Mapping（阴影贴图）
在学习和应用阴影映射（Shadow Mapping）技术时，理解其背后的原理和实现细节非常重要。以下是对你所描述内容的详细解释：
1. 基本概念
阴影映射是一种用于计算物体在场景中阴影的技术。它通过在一个深度缓冲区（Depth Buffer）中存储光源视角下的场景深度信息来工作。
2. 光源视角的深度缓冲区
首先，我们需要渲染场景从光源的角度看。这通常是一个单独的帧缓冲区（Framebuffer），其中包含一个深度缓冲区。在这个帧缓冲区中，我们只关心物体的深度信息，而不关心颜色。
// 渲染场景到光源视角的深度缓冲区 void renderDepthMap() { // 设置深度纹理 glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, depthMapFBO); glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_2D, depthMap, 0); glDrawBuffer(GL_NONE); glReadBuffer(GL_NONE); // 清空深度缓冲区 glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 设置光源视角的投影矩阵 glm::mat4 lightSpaceMatrix = lightProjection * lightView; // 设置着色器中的光源空间矩阵 shader.use(); shader.setMat4("lightSpaceMatrix", lightSpaceMatrix); // 渲染场景，只更新深度缓冲区 glCullFace(GL_FRONT); renderScene(shader); glCullFace(GL_BACK); } 3. 片段着色器中的阴影计算
在渲染主场景时，我们需要使用光源视角的深度缓冲区来计算每个像素是否在阴影中。
// 计算阴影 float checkShadow(vec3 fragPosLightSpace) { // 将片段坐标转换到纹理坐标 vec3 projCoords = fragPosLightSpace / fragPosLightSpace.w; projCoords = projCoords * 0.5 + 0.5; float closestDepth = texture(shadowMap, projCoords.xy).r; float currentDepth = projCoords.z; // 添加偏移以避免阴影伪影 float bias = 0.001; return currentDepth - bias > closestDepth ? 1.0 : 0.0; } 4. 阴影贴图的处理
为了在视觉上看到深度信息，我们通常将深度值转换为线性深度值。
// 转换线性深度值 float LinearizeDepth(float depth) { float z = depth * 2.0 - 1.0; // 将深度从 [0, 1] 范围映射到 [-1, 1] return (2.0 * near_plane * far_plane) / (far_plane + near_plane - z * (far_plane - near_plane)); } // 使用线性深度值 FragColor = vec4(vec3(LinearizeDepth(depthValue) / far_plane), 1.0); // perspective // FragColor = vec4(vec3(depthValue), 1.0); // orthographic 5. 正交和透视投影
透视投影常用于聚光灯和点光源，而正交投影则用于平行光。
- 透视投影：深度被转换为非线性深度值，大部分显着范围靠近近平面。为了正确查看深度值，需要将非线性深度值转换为线性深度值。
- 正交投影：深度是线性的，因此可以直接使用。
// 转换线性深度值 float LinearizeDepth(float depth) { float z = depth * 2.0 - 1.0; return (2.0 * near_plane * far_plane) / (far_plane + near_plane - z * (far_plane - near_plane)); } 6. 贝塞尔阴影贴图（Bent Normal Shadow Mapping）
贝塞尔阴影贴图是一种改进的阴影映射技术，通过使用贝塞尔曲线来更好地模拟光照方向，从而产生更自然的阴影效果。
// 计算贝塞尔阴影 float bentNormalShadow(vec3 fragPosLightSpace) { // 获取法线和光源方向 vec3 normal = texture(normalMap, TexCoords).rgb; vec3 lightDir = normalize(lightPos - fragPosWorld); // 计算贝塞尔曲线的偏移量 float offset = dot(normal, lightDir) * 0.1; // 计算阴影 return checkShadow(fragPosLightSpace + offset); } 通过这些步骤，你可以实现一个基本的阴影映射系统，并根据需要进行优化和改进。
