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软阴影的实现尝试Ⅰ

软阴影(Soft - Shadow),并非一种图形学算法或技术的代名词。怎么说呢,它是图形学大师们孜孜不倦地追求的更逼近真实的阴影 效果 。——ZwqXin.com

想起来,第一次接触阴影算法,是一年前这个博客刚刚成立不久的时候吧。阴影锥,阴影帖图,还有那个宝贵的大三寒假。好了,停止无缘由的感伤,给自己编一个可以重新站起来的理由?

有一点很不能原谅自己的是,这篇小文,本应该是去年10月发出的……

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      原文地址:http://www.zwqxin.com/archives/opengl/try-soft-shadow-1.html

在已有的阴影DEMO上作改进,是当时很自然的想法。而选择了[Shadow Map Demo2] ,不知道,算不算是一个失策。Cascaded ShadowMap技术,从本质上说,只是分区间地调整投影矩阵,根据视距离使用不同分辨率的阴影图,促使效率与效果平衡而已。这是Shadow Map改进算法的一条路,但并非唯一。回想[Shadow Map阴影贴图技术之探Ⅲ] ,里面我简单地用乒乓式的采样,实现了一下3X3的阴影图模糊——PCF。虽然结果看上去很那个,但这昭示着Shadow Map改进算法的另一条路——图形学中的图像处理,调整阴影图

在我的上一个阴影DEMO中,主要的shader只有一个,它是在Shadow - Casting阶段完成场景阴影图的分层次贴附。在CPU上完成的是ShadowMap - Generating阶段,因为那里没有涉及像素层面,完全不需要GPU的并行计算能力。但如果要对一张贴图的内容进行像素级的处理……恩,这是通常的想法。但当时脑中另一个突然一闪的想法,让我决定先行对其进行捕获——场景后处理。

一般说的DefferedShading并不等同于这个意义,但就字面来说它们也有那么一点共通。恩,题外话先免了,先暗自打个小算盘:

场景后处理,我是想在最终画面上动手脚。在OpenGL流水线的尾部,无论是否双缓冲,必然是把显存上每个像素格的值传向显示器屏幕上的每个“真·像素”上,表示成颜色(譬如LCD是用彩色滤光片等结构对此转换的,可以理解为每个像素上又有红绿蓝三色子像素balabala……嘛,其实我也不怎么理解啊这些硬件的- -,呃离题了,回来~)。如果把这个覆盖屏幕的“结果”当作贴在一个Screen-Aligned-Quad(屏幕大矩形)的一张纹理,我们在显存-屏幕这个过程之前进行拦截,获得并处理这个“纹理”后再让它传向屏幕。

有这方面基础的朋友都知道,FBO又该出来表演了[学一学,FBO] 。把Shadow - Casting的结果写入FBO绑定的一个纹理中,然后自己画一个Screen-Aligned-Quad,贴这个纹理——对这个过程启用shader处理。最后虽然屏幕上本质只有这么一个矩形,但是众多本该直接映射在屏幕上的场景元素已经完美地“被代表”了。看上去丝毫没有河蟹爬过的痕迹……完全没有。

依然是模糊处理。高斯模糊。

  1. //
  2. uniform int BSceneWidth;
  3. uniform int BSceneHeight;
  4. uniform float ishoriz;
  5.  
  6. uniform int samplecount;
  7. uniform float weights;
  8. uniform float sigma;
  9.  
  10. uniform sampler2D  BScenemap;
  11.  
  12. void main()
  13. {
  14.     gl_FragData[0] = BlurFilter(BScenemap, gl_TexCoord[0].xy)  ;
  15. }

其中BlurFilter函数是对当前像素,在水平或垂直方向上采样(samplecount),采样值乘以一个高斯分布值而已(公式也就网上常见的,sigma为参数),跟PCF也就差不多那回事。很明显,我们需要在水平方向和垂直方向都模糊一次,这里用2个PASS。我们只需要模糊阴影,因此把阴影部分和场景部分分开写入纹理(MRT),最后再统一。

  1.  // CastingShader, render to two textures  (MRT)
  2. gl_FragData[0] = vec4(gl_Color.rgb * diffuse.rgb  * texColor.rgb, 1.0);
  3.    
  4. gl_FragData[1] = shadeFactor;
  1. //PostProcessingShader , as a texture to the screen-aligned quad
  2. uniform sampler2D  Scenemap;
  3. uniform sampler2D  Shademap;
  4.  
  5. void main()
  6. {   
  7.     vec4 shadeFact = texture2D(Shademap, gl_TexCoord[1].xy); 
  8.    gl_FragColor = texture2D(Scenemap, gl_TexCoord[0].xy) * shadeFact;
  9. }

写到FBO纹理后,屏幕矩形绑定之:

http://www.zwqxin.com  Soft Shadow

软是软了,就边界效果而言是很好的(这里图片压缩了看上去糟糕而已)但有几个问题:1.很明显的边界问题,阴影与场景分离了,SampleNum越大分离得越明显;2..随着SampleNum增加帧率狂降。效果和效率都不行。

首先,这种高采样带宽的东西本来就是帧率杀手,更不用说高斯分布权数的计算实在够呛。其次因为场景和阴影分离,而模糊的只是对于相机“可见”的那部分阴影,所以图中间隔线是活生生被当作阴影边界了。

后来也考虑过再加入图像处理中的“膨胀”运算[形态学运算小结] ,但是有点吃力不讨好的感觉,无论膨胀多少次,还是能依稀见到狭缝,加上效率问题,宣告此法的破产。


http://www.zwqxin.com  Soft Shadowhttp://www.zwqxin.com  Soft Shadow
http://www.zwqxin.com  Soft Shadowhttp://www.zwqxin.com  Soft Shadow
左-右,上-下依次 32p4p4pass1, 32p2p2pass1, 32p2p2pass2, 64p2p2pass1(自己猜,我什么都忘记了哈)

 

还是好好用别的方法吧~
软阴影的实现尝试Ⅱ

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  • quote 1.Jiang
  • 也有过这样的想法,不过发现在后处理时,边缘已经被模糊化,根本无法定位到准确的位置啊。
  • 2013-7-29 15:42:58 回复该留言

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