opengl - 远离光源的物体转换的阴影

Question

我对远离光源的物体转换的阴影有疑问。我正在使用深度图方法在我的太阳系模拟中渲染阴影。太阳是一个点光源，我想观察月亮在地球上的影子。但是由于月球相对于它与太阳之间的距离来说是一个非常小的物体，并且由于深度图分辨率有限，因此在渲染深度立方体贴图纹理时会忽略月球和地球的存在。

太阳系深度图:

你可以看到，即使夸大了月球的大小，它在深度立方体贴图上也只留下了很小的足迹。对于这么大的月亮， eclipse 确实有效，但一旦我将月亮缩小到实际大小，它就不再在深度图中呈现，因此，不再考虑阴影计算。我使用的是 4096 X 4096 纹理。有没有办法解决这个问题，还是我的方法注定要失败？任何帮助将不胜感激。

Answer 1

有一个重要的观察结果:当你近距离观察地球时，你可能并不关心火星上的阴影。因此，与其使用立方体贴图对整个太阳系进行阴影贴图，不如使用平面阴影贴图仅覆盖近地区域。

使用 4096x4096 深度图和 384000 公里的月球距离，您将获得每纹素约 100 公里的分辨率，并且月亮将在阴影贴图上占据半径约 20 纹素的圆盘。

但是，还有更好的方法。由于行星和卫星大致呈球形并且数量很少，因此您可以简单地对每个片段进行射线-球面相交来计算阴影。可以计算月球和太阳圆盘之间的交点角面积，以获得实时的本影/半影渲染。这是一个近似着色器中阴影因子的函数:

float soft_shadow(vec3 light, float light_radius,
    vec3 occluder, float occluder_radius, vec3 fragment)
{
    vec3 v0 = light - fragment;
    vec3 v1 = occluder - fragment;

    float R0 = length(v0);
    float R1 = length(v1);

    float a0 = light_radius/R0;
    float a1 = occluder_radius/R1;

    float a = length(cross(v0, v1))/(R0*R1);
    a = smoothstep(a0 - a1, a0 + a1, a);
    return 1 - (1 - a)*pow(a1/a0, 2);
}

这里0.0表示全阴影，1.0表示完全没有阴影。 light、occluder和fragment是太阳、月亮和碎片在非投影空间，而 light_radius 和 occluder_radius 是太阳和月亮的半径。

对于实际尺寸，此代码为我提供了这些图像:

如果我将太阳的大小减小一半，我会得到这些: