使用立方体贴图（OpenGL/GLSL）的点光源可以产生柔和的阴影吗？

Question

我编写了一个管理聚光灯阴影贴图的 3D 应用程序。为此，我使用经典的阴影贴图技术（我在第一个渲染通道中填充深度纹理，在第二个渲染通道中，我比较从光到第一个遮挡物的距离以及从光到顶点位置的距离，以了解我的片段是否处于阴影中）。

这是屏幕截图（聚光灯/2D 深度纹理阴影映射）：

在此示例中，我使用函数“textureProjOffset”来使用 PCF 阴影映射技术。这是我的片段着色器的一段代码：

使用的采样器：

sampler2DShadow Shadow2DSampler[MAX_LIGHTS_COUNT];

对于硬阴影：

shadowFactor = textureProj(Shadow2DSampler[idx], ShadowCoords[idx]);

对于 PCF SOFT 阴影：

for (int idy = offset; idy >= -offset; idy--)
                for (int idx = -offset; idx <= offset; idx++)
                    shadowFactor += textureProjOffset(
                        Shadow2DSampler[idz], ShadowCoords[idz], ivec2(idx, idy)); 

我还管理了基本的立方体贴图阴影贴图来管理当前应用于点光源的全向阴影贴图。为了在第一个渲染通道中做到这一点，我使用几何着色器来调度 6 个阴影截头体提供的投影和视图矩阵（全部在一个通道中！这与用这次 6 个渲染状态填充 6 个单独的纹理的技术不同） ).

这是一个屏幕截图（聚光灯/立方体深度纹理阴影映射）：

如您所见，这只是硬阴影贴图。为了恢复编码到立方体贴图中的深度值，我这次必须使用函数“texture”（“samplerCube”和“samplerCubeShadow”不存在textureProj）。接下来，我必须计算世界空间中的灯光位置和顶点位置之间的距离，然后将其转换为剪辑空间，因为包含在纹理中的深度值已经在剪辑空间中。

下面是片段着色器的一段代码，可以看到这个过程：

使用的采样器：

samplerCubeShadow ShadowCubeSampler[MAX_LIGHTS_COUNT];

对于硬阴影：

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

    float NormZComp = (NearFar.y + NearFar.x)/(NearFar.y - NearFar.x)
        - (2.0f * NearFar.y * NearFar.x)/(LocalZcomp * NearFar.y - NearFar.x);

    return ((NormZComp + 1) * 0.5f);
}

float GetBiased_Cube_Hard_ShadowFactor(vec3 vertexPosition_ws, int idx)
{
    vec3 lightToVertexDir_ws = vertexPosition_ws - LightPos_ws.xyz;
    float LightToVertexClipDist = ConvertDistToClipSpace(lightToVertexDir_ws);

    float LightToOccluderClipDist = texture(
        ShadowCubeSampler[idx], vec4(lightToVertexDir_ws, LightToVertexClipDist));

    if (LightToOccluderClipDist < LightToVertexClipDist)
        return (0.0f);
    return (1.0f);
}

并且知道，使用立方体贴图的 PCF SOFT 阴影怎么样？我做了一些研究，显然它不存在任何恢复纹理偏移的功能，就像可以使用简单的 2D 纹理并在片段着色器中使用关键字“sampler2DShadow”一样。我错了吗 ？ （我希望如此！）。

我想我有一个解决方案（当然，如果它不存在任何带有立方体贴图的解决方案）：

显然，要恢复纹理偏移，我必须使用 6 个单独的纹理（因此是大小为 6 的“sampler2DShadow”数组，而不是“samplerCubeShadow”）。因此，我将拥有同样均匀的矩阵 4x4 数组，代表光空间中的世界表示，就像我在第一个案例中为聚光灯阴影贴图所做的那样。然后我将对 6 个纹理使用“textureProjOffset”方法。

那么，你觉得怎么样？是否可以使用立方体贴图制作 PCF 软阴影？如果不是这种情况，我的解决方案是否正确？是否可以使用“textureProjOffset”等使用“samplerCube”或“samplerCubeShadow”的函数？或者有其他选择吗？

提前非常感谢您的帮助！

Answer 1

我知道为立方体贴图实现 PCF 软阴影的唯一方法是以小偏移多次查询纹理。例如，此 GPU Gems 文章 (12.4) 中描述了此方法。