OpenGL（十九） 阴影 通过ShadowMap的shader实现

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阴影 可以使角色与地面的关系更加明确。本文主要介绍如何通过 ShadowMap 在OpenGL中实现 阴影 。

核心原理

Shadow Map的基本思想：通过LightView画一张DepthMap，然后Camera View渲场景的时候，把Pixel坐标变换到Light Space，比较Depth即可（Pixel的Depth大于Shadow Map的Depth即在阴影区）。也可以直接是ScreenSpace对DepthMap做Post-processing。

阴影 生成需要三个步骤：

1. 在角色正上方照出一张深度图。
2. 视线方向的模型绘制点，在上方摄像机视口的Z值与深度图相同位置的Z值进行比较，如果比深度图中的值小则为亮区，反之需要绘制阴影。
3. 将颜色物体颜色与阴影绘制在一起。

实现

深度图其实就是一张灰度图片，可以简单的将摄像机放到物体正上方，绘制出常规效果之后，只提取R通道。另外通过pow可以加深depthValue。

//fs
varying vec2 V_Texcoord;
uniform sampler2D U_MainTexture;
void main()
{
    float depthValue=texture2D(U_MainTexture,V_Texcoord).r;
    gl_FragColor=vec4(vec3(pow(depthValue,2.0)),1.0);
}

有了shadowmap，接下来需要在比较阴影区域的深度值，可以通过

//vs
attribute vec3 pos;
attribute vec2 texcoord;
attribute vec3 normal;
uniform mat4 M;
uniform mat4 P;
uniform mat4 V;
uniform mat4 U_ProjectorMatrix;
varying vec2 V_Texcoord;
varying vec3 V_WorldPos;
varying vec4 V_ProjectCoord;
void main()
{
    V_Texcoord=texcoord;
    vec4 worldPos=M*vec4(pos,1.0);
    V_WorldPos=worldPos.xyz;
    V_ProjectCoord=U_ProjectorMatrix*worldPos;
    gl_Position=P*V*worldPos;
}
//fs
float CalculateShadow()
{
    vec3 fragPos=V_ProjectorSpaceFragPos.xyz/V_ProjectorSpaceFragPos.w;
    fragPos=fragPos*0.5+vec3(0.5); //to 0-1
    float depthInShadowMap=texture2D(U_ShadowMap,fragPos.xy).r;
    float currentDepth=fragPos.z;
    float shadow=(currentDepth-0.001)>depthInShadowMap?1.0:0.0;
    return shadow;
}
void main()
{
    //...
    vec4 color=ambientColor+(diffuseColor+specularColor)*vec4(vec3(1.0-CalculateShadow()),1.0);
}

总结

经过上述步骤可以将 阴影 绘制出来。如果希望阴影能降低锯齿，可以将深度图进行高斯模糊，或使用PCF(Percentage Closer Filtering)进行柔化。