Shadow Mapping 的原理与实践（二）

时间：2022-03-07 09:02:54

3) 定义并生成Shadow Map纹理

 texture2D Lamp0ShadowMapColor : RENDERCOLORTARGET

 <

       float2 ViewPortRatio = {1.0,1.0};

       int MipLevels = ;

       string Format = "A8R8G8B8" ;

 >;

 sampler2D Lamp0ShadowMapSampler = sampler_state {

       Texture = <Lamp0ShadowMapColor>;

       FILTER = MIN_MAG_MIP_LINEAR;

       AddressU = Clamp;

       AddressV = Clamp;

 };

第3行的作用是使生成的Shadaow Map纹理大小与渲染窗口自动保持一致，这样可以很方便地观察到Shadow Map纹理大小改变时，对最终生成的阴影效果的影响。

 float4x4 matWorld : World;

 float4x4 matView : View;

 float4x4 matProject : Projection;

 struct SourceData

 {

     float3 pos3 : POSITION;

     float4 n : NORMAL;

 };

 struct VertexOutput

 {

     float4 pos4 : POSITION;

     float4 rpos4 : TEXCOORD3;

     float4 n : NORMAL;

     float4 lpos4 : TEXCOORD2;

     float4 ldirt4 : TEXCOORD6;

     float4 uvd : TEXCOORD5;

 };

 static float4x4 matLightView = LightViewMat(Lamp0Point, Lamp0LookAt);

 static float4x4 matLightProj = LightProjcetMat();

 VertexOutput makeShadowVS(SourceData vData)

 {

     VertexOutput vOut = (VertexOutput);

     float4x4 matTmp = mul(matWorld, matLightView);

     matTmp = mul(matTmp, matLightProj);

     float4 coordCVV = mul(float4(vData.pos3.xyz, 1.0f), matTmp);

     float4 m = /coordCVV.w;

     vOut.pos4.xyz = m*coordCVV.xyz;

     vOut.pos4.w = 1.0f;

     vOut.lpos4 = vOut.pos4;

     vOut.lpos4.z *= fat;

     return vOut;

 }

 float4 makeShadowPS(VertexOutput In) : COLOR

 {

     return float4(In.lpos4.z, , , );

 }

在生成纹理时，将Z-Buffer Test 设为Enable状态，这样就可以保证纹理中保存的深度值始终是离光源最近的那个点的。另外，可以修改上段代码第5行的纹理像素格式，就能方便地得到更精确的深度值。

4) 使用Shadow Map纹理生成阴影

以图一为例，直观来看，生成阴影前应该先将相应观察平面S上的像素对应的空间点（如b'对应的b）的位置计算出来，再用之前生成的Light Space的matLightView和matLightProj把点b投射到平面H上。这样就需要进行从b'到b的变换，很显然观察窗口S的透视矩阵的逆矩阵是存在的。但实际上还有更简易的做法：

 VertexOutput useShadowVS(SourceData vData)

 {

     VertexOutput v = (VertexOutput);

     v.pos4 = mul(float4(vData.pos3, 1.0f), matWorldViewProj);

     v.n = mul(float4(vData.n.xyz, 0.0f), matWorld);

     v.n = normalize(v.n);

     v.rpos4 = mul(float4(vData.pos3, 1.0f), matWorld);

     float3 vLightDirect = Lamp0Point - v.rpos4.xyz;

     vLightDirect = normalize(vLightDirect);

     v.ldirt4 = float4(vLightDirect, 0.0f);

     float4x4 matTmp = mul(matWorld, matLightView);

     matTmp = mul(matTmp, matLightProj);

     float4 lightCVV = mul(float4(vData.pos3, 1.0f), matTmp);

     lightCVV.z -= 0.1f;

     float m = /lightCVV.w;

     lightCVV.xyz = m*lightCVV.xyz;

     lightCVV.w = 1.0f;

     v.lpos4 = lightCVV;

     float2 uv = (float2);

     uv.x = (1.0f+v.lpos4.x)/2.0f;

     uv.y = (1.0f-v.lpos4.y)/2.0f;

     v.uvd.xy = uv;

     v.uvd.z = v.lpos4.z;

     return v;

 }

 float4 useShadowPS(VertexOutput v) : COLOR

 {

     float2 uv = v.uvd.xy;

     float dep = v.uvd.z;

     float3 samplerCol = (float3);

     float c = -;

     float tmpLm = 0.0f;

     float3 sdp = tex2D(Lamp0ShadowMapSampler, uv).rgb;

     if( dep < sdp.x )

     {

         tmpLm = 1.0f;

     }

     float fall = 1.0/dot(v.ldirt4.xyz, v.ldirt4.xyz);

     float3 ld = v.ldirt4.xyz;

     float3 n = v.n;

     float diffuse = dot(ld, n);

     float3 col = float3(,,);

     float linf = 0.8f;

     //col = diffuse * col;

     tmpLm = (tmpLm)*diffuse*fall*linf;

     col = tmpLm * col;

     return float4(col, );

 }

第15到第32行，直接计算出每一个顶点在Light Space投影平面上的点的x、y、 z坐标值；在进入到观察者投影变换时，可见像素的x、y、z坐标就可以据此通过插值得到。这样做好处是，避免计算透视变换的逆运算，能使代码更简洁，不足之处是增加了大量多余的运算。

第19行，对lightCVV的z值做了一个偏移运算，作用是校正浮点运算可能出现的误差。以图一中的点b为例，由于基于浮点数的空间变换运算会出现计算误差，因此位于W表面上的b点经投影变换后，本应等于Z-Buffer中相应像素的深度值，有可能变得大于此值，从而导致其后的逻辑判断出错（第49行），所以需要对运算结果做一个误差校正。更一般的做法是将lightCVV乘以一个事先设置好的误差校正矩阵。

第53行，计算光照强度衰减因子（与距离的平方成反比）。初始光照强度在第59行设定。

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