(Monogame/HLSL) ShadowMapping 问题 - 阴影取决于相机位置

Question

我在这个问题上苦苦思索了好久，终于意识到我需要认真的帮助...

所以基本上我想在我用 Monogame 编写的项目中实现适当的阴影。为此，我使用多个教程在 HLSL 中编写了一个延迟的 dhader，主要用于旧的 XNA。问题是，虽然我的灯光和阴影适用于聚光灯，但我场景地板上的灯光非常依赖于我的相机，正如您在图像中看到的那样：https://imgur.com/a/TU7y0bs

我尝试了很多不同的方法来解决这个问题：

更大的 DepthBias 会扩大半径，即 "shadow free" 大量的平移，并且所描述的问题根本没有解决。
一篇论文建议使用指数阴影贴图，但我根本不喜欢这个结果，因为光渗出是难以忍受的，而且较小的阴影（比如墙上手电筒后面的阴影）不会被渲染。
我将 GBuffer DepthMap 切换为 1-z/w 以获得更高的精度，但这也没有解决问题。

我正在使用

new RenderTarget2D(device,
                Width, Height, false, SurfaceFormat.Vector2, DepthFormat.Depth24Stencil8)

从灯光角度存储深度。

我使用这个 PixelShader 函数计算阴影：请注意，我想在未来将此着色器调整为点光源 - 这就是为什么我只使用长度（LightPos - PixelPos）。 SpotLight.fx - 像素着色器

float4 PS(VSO input) : SV_TARGET0
{

    // Fancy Lighting equations

input.ScreenPosition.xy /= input.ScreenPosition.w;
float2 UV = 0.5f * (float2(input.ScreenPosition.x, -input.ScreenPosition.y) + 1) - float2(1.0f / GBufferTextureSize.xy);

// Sample Depth from DepthMap
float Depth = DepthMap.Sample(SampleTypeClamp, UV).x;

// Getting the PixelPosition in WorldSpace
float4 Position = 1.0f;
Position.xy = input.ScreenPosition.xy;
Position.z = Depth;

// Transform Position to WorldSpace
Position = mul(Position, InverseViewProjection);
Position /= Position.w;

float4 LightScreenPos = mul(Position, LightViewProjection);
LightScreenPos /= LightScreenPos.w;


// Calculate Projected UV from Light POV -> ScreenPos is in [-1;1] Space
float2 LightUV = 0.5f * (float2(LightScreenPos.x, -LightScreenPos.y) + 1.0f);
float lightDepth = ShadowMap.Sample(SampleDot, LightUV).r;

// Linear depth model
float closestDepth = lightDepth * LightFarplane; // Depth is stored in [0, 1]; bring it to [0, farplane]
float currentDepth = length(LightPosition.xyz - Position.xyz) - DepthBias;
ShadowFactor = step(currentDepth, closestDepth); // closestDepth > currentDepth -> Occluded, Shadow.

float4 phong = Phong(...); 
return ShadowFactor * phong;
}

LightViewProjection 就是 light.View * light.Projection InverseViewProjection 是 Matrix.Invert(camera.View * Camera.Projection) Phong() 是我调用来完成照明的函数 lightDepthMap 仅存储 length(lightPos - Position)

我希望图片中显示的工件消失，以便能够使代码也适用于点光源。

这可能是我从屏幕 space 检索世界位置的方式有问题吗？我的深度分辨率太低了？

非常感谢您的帮助！

---更新---

我更改了光照着色器以显示存储在 shadowMap 中的距离与在 Pixelshader 中现场计算的距离之间的差异：

float4 PixelShaderFct(...) : SV_TARGET0
{
    // Get Depth from Texture

    float4 Position = 1.0f;
    Position.xy = input.ScreenPosition.xy;
    Position.z = Depth;
    Position = mul(Position, InverseViewProjection);
    Position /= Position.w; 

    float4 LightScreenPos = mul(Position, LightViewProjection);
    LightScreenPos /= LightScreenPos.w; 

    // Calculate Projected UV from Light POV -> ScreenPos is in [-1;1] Space
    float2 LUV = 0.5f * (float2(LightScreenPos.x, -LightScreenPos.y) + 1.0f);
    float lightZ = ShadowMap.Sample(SampleDot, LUV).r;

    float Attenuation = AttenuationMap.Sample(SampleType, LUV).r;

    float ShadowFactor = 1;
    // Linear depth model; lightZ stores (LightPos - Pos)/LightFarPlane
    float closestDepth = lightZ * LightFarPlane;
    float currentDepth = length(LightPosition.xyz - Position.xyz) -DepthBias;
    return (closestDepth - currentDepth);
}

因为我基本上是在输出 Length - (Length - Bias)，所以人们会希望得到一个颜色为 "DepthBias" 的图像。但这不是我得到的结果：

https://imgur.com/a/4PXLH7s

根据这个结果，我假设我遇到了精度问题（我觉得这很奇怪，因为我正在处理 [0.1, 50] 的近平面和远平面），或者有什么问题我从 DepthMap 恢复给定像素的 worldPosition 的方式。

Answer 1

我终于找到了解决方案，如果有人遇到同样的问题，我会把它发布在这里：

我使用的教程是针对 XNA / DX9 的。但由于我的目标是 DX10+，所以需要做一点小改动：

在XNA / DX9 中，UV 坐标与实际像素不对齐，需要对齐。这就是 float2 UV = 0.5f * (float2(input.ScreenPosition.x, -input.ScreenPosition.y) + 1) - float2(1.0f / GBufferTextureSize.xy); 中的 - float2(1.0f / GBufferTextureSize.xy); 的用途。这在 DX10 及更高版本中不需要，并且会导致我遇到的问题。

解决方案：

全屏四边形的 UV 坐标：
对于 XNA/DX9：

input.ScreenPosition.xy /= input.ScreenPosition.w;
float2 UV = 0.5f * (float2(input.ScreenPosition.x, -input.ScreenPosition.y) + 1) - float2(1.0f / GBufferTextureSize.xy);

对于 Monogame / DX10+

input.ScreenPosition.xy /= input.ScreenPosition.w;
float2 UV = 0.5f * (float2(input.ScreenPosition.x, -input.ScreenPosition.y) + 1)

(Monogame/HLSL) ShadowMapping 问题 - 阴影取决于相机位置

(Monogame/HLSL) Problems with ShadowMapping - Shadow dependent on Camera position

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