opengl - 级联阴影贴图不太正确

Question

好的。所以，上周我一直在游戏引擎中摆弄阴影。我主要实现了级联阴影贴图 (CSM)，但我在阴影方面遇到了一些问题，但似乎无法解决。

该场景中唯一的光源是定向光(太阳)，指向 {-0.1 -0.25 -0.65}。我使用以下代码计算 CSM 的四个分割的 4 组截锥体边界:

// each projection matrix calculated with same near plane, different far
Frustum make_worldFrustum(const glm::mat4& _invProjView) {
    Frustum fr; glm::vec4 temp;
    temp = _invProjView * glm::vec4(-1, -1, -1, 1);
    fr.xyz = glm::vec3(temp) / temp.w;
    temp = _invProjView * glm::vec4(-1, -1,  1, 1);
    fr.xyZ = glm::vec3(temp) / temp.w;
    ...etc 6 more times for ndc cube
    return fr;
}

对于光，我得到一个像这样的 View 矩阵:

glm::mat4 viewMat = glm::lookAt(cam.pos, cam.pos + lightDir, {0,0,1});

然后，我从每个平截头体的边界创建每个正交矩阵:

lightMatVec.clear();
for (auto& frus : cam.frusVec) {
    glm::vec3 arr[8] {
        glm::vec3(viewMat * glm::vec4(frus.xyz, 1)),
        glm::vec3(viewMat * glm::vec4(frus.xyZ, 1)),
        etc...
    };

    glm::vec3 minO = {INFINITY, INFINITY, INFINITY};
    glm::vec3 maxO = {-INFINITY, -INFINITY, -INFINITY};
    for (auto& vec : arr) {
        minO = glm::min(minO, vec);
        maxO = glm::max(maxO, vec);
    }

    glm::mat4 projMat = glm::ortho(minO.x, maxO.x, minO.y, maxO.y, minO.z, maxO.z);
    lightMatVec.push_back(projMat * viewMat);
}

我有一个 4 层 TEXTURE_2D_ARRAY 绑定(bind)到 4 个帧缓冲区，我使用一个非常简单的顶点着色器(禁用片段或穿透 alpha)将场景绘制到其中。

然后我画出最后的场景。顶点着色器输出四个阴影纹理坐标:

out vec3 slShadcrd[4];
// stuff
for (int i = 0; i < 4; i++) {
    vec4 sc = WorldBlock.skylMatArr[i] * vec4(world_pos, 1);
    slShadcrd[i] = sc.xyz / sc.w * 0.5f + 0.5f;
}

还有一个片段着色器，它确定要使用的分割:

int csmIndex = 0;
for (uint i = 0u; i < CameraBlock.csmCnt; i++) {
    if (-view_pos.z > CameraBlock.csmSplits[i]) index++;
    else break;
}

并使用此函数对阴影贴图数组进行采样:

float sample_shadow(vec3 _sc, int _csmIndex, sampler2DArrayShadow _tex) {
    return texture(_tex, vec4(_sc.xy, _csmIndex, _sc.z)).r;
}

而且，这是我得到的场景(每个分割都稍微着色，并且 4 个深度层重叠): 伟大的!看起来不错。

但是，如果我将相机稍微向右转动: 然后阴影开始消失(并且根据角度，阴影出现在不应该出现的地方)。

我启用了 GL_DEPTH_CLAMP，所以这不是问题。我正在剔除正面，但关闭它对这个问题没有任何影响。

我错过了什么？我觉得我的其中一个预测有问题，但它们对我来说都是正确的。谢谢!

编辑:所有四个灯的截锥体均已绘制。它们都在那里，但只有 z 相对于相机发生变化(参见下面的评论):

编辑:可能更有用，这就是当相机位于 (0,0,0) 并指向前方 (0,1,0) 时，我只更新一次截锥体时的样子。这次我也用深度测试来绘制它们。

重要编辑:看来这个问题与灯光的 View 矩阵直接相关，目前:

glm::mat4 viewMat = glm::lookAt(cam.pos, cam.pos + lightDir, {0,0,1});

更改眼睛和目标的值似乎会影响错误的阴影。但我不知道我实际上应该将其设置为什么？对于比我更了解的人来说应该很容易:D

Answer 1

解决了!确实是灯光的视角矩阵的问题!我所要做的就是将 camPos 替换为每个平截头体的中心点!这意味着每个分割的光矩阵需要不同的 View 矩阵。所以我只是像这样创建每个 View 矩阵......

glm::mat4 viewMat = glm::lookAt(frusCentre, frusCentre+lightDir, {0,0,1});

简单地获取 frusCentre...

glm::vec3 calc_frusCentre(const Frustum& _frus) {
    glm::vec3 min(INFINITY, INFINITY, INFINITY);
    glm::vec3 max(-INFINITY, -INFINITY, -INFINITY);
    for (auto& vec : {_frus.xyz, _frus.xyZ, _frus.xYz, _frus.xYZ,
                      _frus.Xyz, _frus.XyZ, _frus.XYz, _frus.XYZ}) {
        min = glm::min(min, vec);
        max = glm::max(max, vec);
    }
    return (min + max) / 2.f;
}

然后砰!一切都非常顺利!

编辑(最后一个!):我所拥有的并不完全正确。 View 矩阵实际上应该是:

glm::lookAt(frusCentre-lightDir, frusCentre, {0,0,1});