Games202作业1

最新推荐文章于 2024-08-28 20:50:25 发布

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#图形渲染

本文详细介绍了在GAMES202课程中如何基于ShadowMap实现硬阴影和PCF、PCSS软阴影，包括模型加载、光源MVP矩阵计算、ShadowMap的使用与优化，以及PCSS的原理和性能挑战。

Games202课程的作业一，内容是基于ShadowMap实现硬阴影和PCF、PCSS的软阴影。

一、作业框架

作业框架与作业0基本相同，可以参考GAMES202 作业1框架代码结构分析 - 知乎 (zhihu.com)这篇文章，个人觉得非常详细，当然，框架其实并不复杂，花点时间就能搞懂。下面主要说一下需要注意的几点：

模型加载不出来，与作业0的问题相同，解决方法可参考我的上一篇博客Games202作业0及优化部分-优快云博客
WebGL中的矩阵所采用的是列优先存储，这是其与大多数图形API不同的地方，在做矩阵操作需要注意，否则会得到意想不到的结果

ShadowMap的存储采用的是RGBA四个通道，虽然每个通道都是一个float，但只有一个字节有效，也就是每个通道相当于只有一个字节，每个通道分别存储了深度值（float）的一个字节的精度，所以精度仍然不变，为32bit。将深度值拆解为颜色向量的pack函数位于shadowFragment.glsl中，pack函数采用了一系列位运算操作提取深度值的第 1 2 3 4 个字节并以vec4的形式返回，实现如下：

// pack函数用于将深度值的浮点数按照字节分别存储在RGBA中
vec4 pack (float depth) {
    // 使用rgba 4字节共32位来存储z值,1个字节精度为1/256
    const vec4 bitShift = vec4(1.0, 256.0, 256.0 * 256.0, 256.0 * 256.0 * 256.0);
    const vec4 bitMask = vec4(1.0/256.0, 1.0/256.0, 1.0/256.0, 0.0);
    // gl_FragCoord:片元的坐标,fract():返回数值的小数部分
    vec4 rgbaDepth = fract(depth * bitShift);
    rgbaDepth -= rgbaDepth.gbaa * bitMask; // 分别提取第1234个字节的内容, 并存储在RGBA的第一个字节中
    return rgbaDepth;
}

相对应的unpack函数位于phongFragment.glsl中，实现如下：

float unpack(vec4 rgbaDepth) {
    const vec4 bitShift = vec4(1.0, 1.0/256.0, 1.0/(256.0*256.0), 1.0/(256.0*256.0*256.0));
    return dot(rgbaDepth, bitShift);
}

其原理也就不难理解了。

二、ShadowMapping实现

ShadowMap采用经典的two-pass方法实现，即先从光源出发对场景做一次模拟渲染，将得到的深度缓冲保存在阴影贴图中，然后再从相机出发进行渲染，在渲染时比较片元在light space下的深度与阴影贴图中的深度，从而判断该片元是否应该渲染为阴影。对于shadow acne现象，通过添加一个偏置进行缓解。

1.实现光源的MVP矩阵

在DirectionalLight.js中完善CalcLightMVP函数：