使用GLSL时，多光源阴影映射无法正常工作

Question

我已经实现了基本的阴影映射算法，但它只能正确处理一个光源。

我想渲染带有以下两个点光源的场景：

- Light_1 - 位置：vec3（-8.0f，5.0f，8.0f），方向：vec3（1.3f，-1.0f，-1.0f） - Light_2 - 位置：vec3（8.0f，5.0f，8.0f），方向：vec3（1.3f，-1.0f，-1.0f）

如果我分别渲染这两个灯光，我会得到以下结果：

使用Light_1进行渲染：

[图片]

使用Light_2进行渲染：

[图片]

但同时渲染两个灯光时情况如下：

[图片]

可以看出第一个阴影似乎被正确渲染，但它在light_2的阴影之下，这是不正确的。总之，我的盒子纹理绑定到纹理单元0。阴影深度纹理从纹理单元1绑定，如果有多个深度纹理（例如此示例中至少两个光源），则将其绑定到纹理单元1 + 1（GL_TEXTURE1 + 1）。下面是代表我说的代码：

for (int idy = 0; idy < this->m_pScene->getLightList().size(); idy++)

[...]

Light *light = this->m_pScene->getLightList()[idy];
FrameBuffer *frameBuffer = light->getFrameBuffer();

glActiveTexture(GL_TEXTURE1 + idy);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, frameBuffer->getTexture()->getTextureId()); //To unbind

shaderProgram->setUniform(std::string("ShadowMatrix[").append(Convertor::toString<int>       (idy)).append("]").c_str(), this->m_pScene->getLightList()[idy]->getBiasViewPerspectiveMatrix() * modelMatrix);
                    shaderProgram->setUniform(std::string("ShadowMap[").append(Convertor::toString<int>(idy)).append("]").c_str(), (int)idy + 1);

在我们的情况下，它对应于：

shaderProgram->setUniform("ShadowMatrix[0]", <shadow_matrix_light_1>);
shaderProgram->setUniform("ShadowMap[0]", 1); (GL_TEXTURE1)
shaderProgram->setUniform("ShadowMatrix[1]", <shadow_matrix_light_2>);
shaderProgram->setUniform("ShadowMap[1]", 2); (GL_TEXTURE2)

顶点着色器如下（适用于仅两个光源）：

#version 400

#define MAX_SHADOW_MATRIX 10
#define MAX_SHADOW_COORDS 10

layout (location = 0) in vec4 VertexPosition;
layout (location = 1) in vec3 VertexNormal;
layout (location = 2) in vec2 VertexTexture;

uniform mat3 NormalMatrix;
uniform mat4 ModelViewMatrix;
uniform mat4 ShadowMatrix[MAX_SHADOW_MATRIX];
uniform mat4 MVP;

uniform int lightCount;

out vec3 Position;
out vec3 Normal;
out vec2 TexCoords;
out vec4 ShadowCoords[MAX_SHADOW_COORDS];

void main(void)
{
    TexCoords = VertexTexture;
    Normal = normalize(NormalMatrix * VertexNormal);
    Position = vec3(ModelViewMatrix * VertexPosition);
    for (int idx = 0; idx < lightCount; idx++)
        ShadowCoords[idx] = ShadowMatrix[idx] * VertexPosition;
    gl_Position = MVP * VertexPosition;
}

以下是片段着色器的一部分代码：

[...]

vec3 evalBasicFragmentShadow(vec3 LightIntensity, int idx)
{
    vec3 Ambient = LightInfos[idx].La * MaterialInfos.Ka;

    if (ShadowCoords[idx].w > 0.0f)
    {
        vec4 tmp_shadow_coords = ShadowCoords[idx];

        tmp_shadow_coords.z -= SHADOW_OFFSET;

        float shadow = textureProj(ShadowMap[idx], tmp_shadow_coords);

        LightIntensity = LightIntensity * shadow + Ambient;
    }
    else
    {
        LightIntensity = LightIntensity + MaterialInfos.Ka;
    }
    return (LightIntensity);
}

vec3 getLightIntensity(vec3 TexColor)
{
    vec3 LightIntensity = vec3(0.0f);

    for (int idx = 0; idx < lightCount; idx++)
    {
        vec3 tnorm = (gl_FrontFacing ? -normalize(Normal) : normalize(Normal));
        vec3 lightDir = vec3(LightInfos[idx].Position) - Position;
        vec3 lightDirNorm = normalize(lightDir);
        float lightAtt = getLightAttenuation(lightDir, LightInfos[idx]);

        LightIntensity += Point_ADS_Shading(lightAtt, -tnorm, lightDirNorm, TexColor, idx);
        LightIntensity = evalBasicFragmentShadow(LightIntensity, idx);
    }
    return (LightIntensity);
}

[...]

似乎是一个纹理单元的问题，因为两个阴影分别渲染得很完美，而且我认为我正确使用了glActiveTexture。此外，我注意到如果改变灯光的加载顺序，不良阴影是由“另一个灯光”引起的（相反也一样）。所以似乎来自纹理单元2，但我不明白为什么。请问有人可以帮忙吗？非常感谢您的帮助。

- user1364743

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我希望我有时间更新我的OpenGL知识到OpenGL 4，这看起来非常漂亮！ - Shahbaz

不需要一直写 vec4(VertexPosition, 1.0f)，一开始声明 VertexPosition 为 vec4 就可以了。如果你的 glVertexAttribPointer(...) 函数调用只提供了足够的 XYZ 数据，那么 GLSL 会自动填充 W 的值为 1.0。此外，你正在进行的整个复杂操作，将 idy 转换为字符并构建一个字符串（例如 "ShadowCoords[" idy "]") 是不必要的 - 你可以获取 ShadowCoords 的统一变量位置，然后将 idy 添加到该值中，因为统一变量数组中的每个元素都保证被分配一个连续的位置。 - Andon M. Coleman

谢谢。根据您的建议，我已经像上面那样更新了我的顶点着色器代码（我同意您的观点，这样做好多了）。然而，我发现您的第二个建议非常有趣，并将其应用于ShadowCoords。但是，是否可以将其应用于类似“LightInfos ['idy'] .position”这样的结构？提前致谢。 - user1364743

Answer 1

我解决了我的问题。实际上，我只填充了第一个深度纹理（用于第一个加载的灯光）。所以对于第二个灯光，阴影贴图没有被填充，这就是上面第三张图片黑色区域的原因。

这是最终结果：

希望这篇文章能对某人有所帮助。感谢您的关注。

- user1364743