# PCF软阴影技术讲解 2017年03月24日 20:53:55 海洋_ 阅读数：2104 更多 ​ 个人分类： [图形学编程 ](https://blog.csdn.net/jxw167/article/category/6624969) ​ ​ 版权声明：本文为博主原创文章，未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/jxw167/article/details/65632580 笔者介绍：[姜雪伟](http://www.vr3d-edu.com/)，IT公司技术合伙人，IT高级讲师，CSDN社区专家，特邀编辑，畅销书作者，国家专利发明人;已出版书籍：《手把手教你[**架构**](http://lib.csdn.net/base/architecture)3D游戏引擎》电子工业出版社和《[**Unity3D**](http://lib.csdn.net/base/unity3d)实战核心技术详解》电子工业出版社等。 CSDN视频网址： ​ 先介绍一下平实使用的阴影算法，阴影映射产生的阴影不是很好，而且有很多锯齿，效果如下图所示： ​ ![img](SoftshadowtechniqueofPCF.assets/20170324161229216.png) ​ 本博客描述了一种减少该问题的方法（许多方法之一），称为百分比更接近过滤或PCF。 这个想法是从当前像素周围的阴影图进行采样，并将其深度与所有采样本进行比较，通过对结果进行平均，我们得到光线和阴影之间更平滑的线。 例如，看看下面的阴影贴图： ![img](SoftshadowtechniqueofPCF.assets/20170324162312529.png) ​ 上图中每个单元格包含每个像素的深度值（从光源观察时）， 为了使其变的简单，让我们说上面所有像素的深度是0.5（从相机的角度来看）。 当阴影映射值小于0.5的所有像素将处于阴影中，阴影映射值大于或等于0.5的像素将会在光照中， 这将在光和阴影之间创建一个硬块状的线条。 ​ 现在考虑以下内容 - 最接近光线和阴影边界的像素被阴影映射值小于0.5的像素以及阴影映射值大于或等于0.5的像素包围。 如果我们对这些相邻像素进行采样，并将结果平均化，我们将获得一个可以帮助我们平滑光和阴影之间边界的水平因子。 当然，我们不知道什么像素最接近该边界，所以我们只是为每个像素做这个采样工作。 在本篇博文中，我们将在每个像素周围的3×3内核中抽取9个像素，并取平均得出结果， 这将是我们的影子系数。 ​ 现在让我们来看一下实现PCF的源代码： ​ ```cpp (lighting.fs:64) uniform sampler2DShadow gShadowMap; #define EPSILON 0.00001 float CalcShadowFactor(vec4 LightSpacePos) { vec3 ProjCoords = LightSpacePos.xyz / LightSpacePos.w; vec2 UVCoords; UVCoords.x = 0.5 * ProjCoords.x + 0.5; UVCoords.y = 0.5 * ProjCoords.y + 0.5; float z = 0.5 * ProjCoords.z + 0.5; float xOffset = 1.0/gMapSize.x; float yOffset = 1.0/gMapSize.y; float Factor = 0.0; for (int y = -1 ; y <= 1 ; y++) { for (int x = -1 ; x <= 1 ; x++) { vec2 Offsets = vec2(x * xOffset, y * yOffset); vec3 UVC = vec3(UVCoords + Offsets, z + EPSILON); Factor += texture(gShadowMap, UVC); } } return (0.5 + (Factor / 18.0)); } ``` ​ 这是更新的阴影系数计算功能， 它开始于相同的地方，我们从光源的角度手动执行裁剪空间坐标的透视分割，然后从（-1，+ 1）范围到（0,1）的变换。 我们现在可以使用坐标，可以使用它们从阴影贴图中采样，Z值与样本结果进行比较，从这里事情将会有所不同， 我们要对3×3内核进行采样，所以我们需要9个纹理坐标。 坐标必须导致在X或Y轴上以一个像素周期采样纹理。 由于UV纹理坐标从0到1运行，并分别映射到像素范围（0，宽度-1）和（0，高度-1），我们将1除以纹理的宽度和高度， 这些值存储在gMapSize统一矢量中，这给了我们两个相邻像素之间纹理坐标空间的偏移。 ​ 接下来，我们执行一个嵌套的for循环并计算我们将要采样的9个像素中的每一个的偏移矢量，循环中的最后几行可能看起来有点奇怪。我们使用带有3个组件（UVC）而不是仅仅2的矢量从阴影贴图中进行采样。最后一个组件与阴影贴图（光源Z加上一个小的epsilon避免Z比较）。这里的改变是我们使用sampler2DShadow作为'gShadowMap'类型而不是sampler2D。当从阴影类型的采样器（sampler1DShadow，sampler2DShadow等）采样时，GPU执行纹理值与作为纹理坐标向量的最后一个分量（第二个分量为1D，2D的第三个组件）提供的纹理值之间的比较，等等）。如果比较失败，我们得到零结果，如果比较成功，我们得到一个零结果。比较类型使用GL API进行配置，而不是通过GLSL进行配置。稍后我们会看到这个变化。现在，假设我们得到一个零的结果为阴影和一个为光照。我们累积9个结果并将它们除以18。因此，我们得到一个介于0和0.5之间的值。我们把它添加到0.5的基数，这是我们的阴影系数。 ​ ```cpp bool ShadowMapFBO::Init(unsigned int WindowWidth, unsigned int WindowHeight) { // Create the FBO glGenFramebuffers(1, &m_fbo); // Create the depth buffer glGenTextures(1, &m_shadowMap); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_shadowMap); glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_DEPTH_COMPONENT32, WindowWidth, WindowHeight, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, NULL); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_COMPARE_MODE, GL_COMPARE_REF_TO_TEXTURE); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_COMPARE_FUNC, GL_LEQUAL); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE); glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, m_fbo); glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_2D, m_shadowMap, 0); // Disable writes to the color buffer glDrawBuffer(GL_NONE); // Disable reads from the color buffer glReadBuffer(GL_NONE); GLenum Status = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER); if (Status != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) { printf("FB error, status: 0x%x\n", Status); return false; } return true; } ``` ​ 这就是我们如何配置阴影 贴图纹理，使用着色器中的阴影采样器而不是常规采样器 ， 首先我们将纹理比较模式设置为'比较参考纹理'。 这里第三个参数的唯一 可能的值是GL_NONE，它是默认值，使采样器的行为方式为常规非阴影形式。 对glTexParameteri的第二次调用将比较功能设置为“小于或等于”。 这意味着如果参考值小于或等于纹理中的值，则样本操作的结果将为1.0，否则为零。 您也可以使用GL_GEQUAL，GL_LESS，GL_GREATER，GL_EQUAL，GL_NOTEQUAL进行类似的比较 ， 还有GL_ALWAYS总是返回1.0，GL_NEVER总是返回0.0。 ​ ```cpp void ShadowMapPass() { glCullFace(GL_FRONT); ... } void RenderPass() { glCullFace(GL_BACK); ... } ``` ​ 我想讨论的最后一点是一个小的改变，处理几乎任何阴影技术时，自我遮挡 都是一个大问题，因为深度缓冲区的精度非常有限（甚至是32位）。这个问题是面向光线并且不在阴影中的多边形 ， 在阴影贴图中，我们将其深度渲染到阴影贴图中，并且在渲染过程中，我们将其深度与存储在阴影贴图中的值进行比较。由于深度精度问题，我们经常会遇到Z 比较 ，导致一些像素处于阴影中，而其他像素在光 照 下 ， 为了减少这个问题，我们反转剔除，以便我们在阴影贴图中剔除前面的多边形（并且只将后面的多边形渲染到阴影贴图中）。在渲染过程中，我们回到通常的淘汰状态 ， 由于实际的 遮挡物 通常是封闭的，所以使用背面多边形可以进行深度比较，而不是面向前的多边形 ， 您应该尝试禁用上述代码，并自己查看结果。 在应用我们讨论的所有更改后，阴影看起来像这样： ​ ![img](SoftshadowtechniqueofPCF.assets/20170324172628889.png)