如何将光源视角的深度贴图应用于摄像机视角的渲染

我们需要将摄像机视角下的每个像素投影到光源的视角中,然后检查该像素在光源视角下的深度值是否大于深度贴图中的深度值。如果大于,则说明该像素被遮挡,处于阴影中;否则,它不在阴影中。

具体步骤如下:

1.将摄像机视角下的片段坐标转换到光源视角:

对于摄像机视角下的每个片段(像素),我们需要将其世界坐标转换为光源视角下的坐标。这可以通过以下步骤完成:

1.1将片段从屏幕空间转换到裁剪空间:使用摄像机的投影矩阵和视图矩阵将片段从屏幕空间转换到裁剪空间。

1.2将片段从裁剪空间转换到世界空间:通过逆投影矩阵将裁剪空间中的坐标转换回世界空间。

1.3将片段从世界空间转换到光源视角下的裁剪空间:使用光源的视图矩阵和投影矩阵将世界空间中的坐标转换到光源视角下的裁剪空间。

1.4将片段从光源视角下的裁剪空间转换到光源视角下的纹理空间:通过除以 w 分量(透视除法),将裁剪空间中的坐标转换为归一化的设备坐标(NDC),然后再将其映射到深度贴图的纹理坐标系中。

2.比较深度值:

一旦我们得到了光源视角下的纹理坐标,就可以从深度贴图中采样出对应的深度值。然后,我们将这个深度值与当前片段在光源视角下的实际深度值进行比较。

如果当前片段的实际深度值大于深度贴图中的深度值,说明该片段被其他物体遮挡,因此它应该处于阴影中。

如果当前片段的实际深度值小于或等于深度贴图中的深度值,说明该片段直接暴露在光源下,因此它不在阴影中。

为什么这种方法有效?

虽然光源的视角和摄像机的视角不同,但我们通过将摄像机视角下的片段投影到光源视角中,确保了我们在光源的视角下正确地比较了深度值。换句话说,我们是在光源的视角下判断某个片段是否被遮挡,而不仅仅是依赖于摄像机的视角。因此,即使摄像机和光源的位置不同,我们仍然可以正确地计算出场景中的阴影。

潜在问题和优化

精度问题:由于深度贴图的分辨率有限,可能会导致阴影边缘出现锯齿状或模糊的现象。为了提高精度,可以使用更高分辨率的深度贴图,或者采用一些抗锯齿技术(如 PCF - Percentage Closer Filtering)。

自阴影问题:当物体自身遮挡自己时,可能会出现自阴影问题。为了避免这种情况,可以在计算阴影时引入一个小偏移量(Bias),以防止物体表面的深度值与深度贴图中的深度值过于接近。

阴影贴图的范围:如果场景中的物体距离光源太远,可能会超出深度贴图的范围,导致阴影丢失。可以通过调整光源的投影矩阵来扩大或缩小深度贴图的覆盖范围。

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