级联阴影贴图不太正确

Question

好的。所以，上周我一直在弄乱我的游戏引擎中的阴影。我主要实现了级联阴影贴图 (CSM)，但我遇到了一些我似乎无法解决的阴影问题。

此场景中唯一的光是定向光（太阳），指向 {-0.1 -0.25 -0.65}。我使用以下代码为我的 CSM 的四个拆分计算了 4 组平截头体边界：

// 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;
}

对于灯光，我得到了这样的视图矩阵：

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

然后我根据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 绑定到 4 个帧缓冲区，我使用一个非常简单的顶点着色器（碎片禁用或 punchthrough alpha）将场景绘制到其中。

然后我画最后的场景。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，它确定要使用的拆分：

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（每个分割都有轻微的着色，并叠加了 4 个深度层）：伟大的！看起来不错。

但是，如果我稍微向右转动相机：然后阴影开始消失（并且根据角度，出现在它们不应该出现的地方）。

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

我错过了什么？我觉得这是我的一个预测的问题，但它们对我来说都是正确的。谢谢！

编辑：灯光的所有四个截锥体都已绘制。它们都在那里，但只有 z 相对于相机发生变化（见下面的评论）：

编辑：可能更有用，这是当我只更新一次时，当相机位于 (0,0,0) 并指向前方 (0,1,0) 时，截锥体的样子。这次我还通过深度测试绘制了它们。

重要编辑：看来这个问题和light的view matrix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！确实是灯的视图矩阵有问题！我所要做的就是将 camPos 替换为每个平截头体的中心点！这意味着每个拆分的光矩阵需要不同的视图矩阵。所以我只是像这样创建每个视图矩阵...

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

然后简单地获取 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;
}

砰！一切都很棒！

编辑（最后一个！）：我所拥有的并不相当正确。视图矩阵实际上应该是：

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

级联阴影贴图不太正确

Cascaded Shadow maps not quite right

opengl

shadow-mapping