[轉載] [OpenGL] shadow mapping（實時陰影映射）

參考鏈接： Java中靜態函數的陰影(方法隱藏)

轉載原創：ZJU_fish1996? ?http://blog.csdn.net/zju_fish1996/article/details/51932954?

source:原文地址??

code:點擊可以直接下載源代碼?

? ? ? ?1978年，Lance Williams在其發表的論文《Casting curved shadows on curved surfaces》中提出了Shadow mapping算法，從那以后，該算法在離線渲染和實時渲染兩個領域都得到了廣泛的應用。皮爾斯動畫工作室的Renderman渲染器、以及一些知名電影如《玩具總動員》都使用了shadow mapping技術。?

? ? ? ? 在眾多圖形應用的陰影技術中，shadow mapping只是產生陰影的一種方法，它有著自身的優缺點：?

優點：?

? ? ? ?1.不需要了解場景中的物體，因為shadow mapping是圖像空間的技術，它會自動地隨著GPU上物體的創建和改變發揮效應。?

? ? ? ?2.對于每個燈光而言，只需要一張紋理來維護陰影信息，而不需要使用模板緩沖區。?

? ? ? ?3.避免了shadow volumes算法的高填充率的缺陷?

缺點：?

? ? ? 1.易走樣，尤其在使用小的陰影圖的情況下。??

? ? ? 2.在每個燈光下，場景中的物體必須都進行一次繪制，以產生點光源的陰影貼圖，而對于全向點光源，繪制的次數會更多。?

? ? ?

? ? ? 該教程只實現了一個點光源的基本陰影映射，也有很多人發表了如何發展改進這一技術的論文。??

理論?

? ? ? ? 考慮一個硬陰影效果下由點光源照亮的簡單場景，在給定場景中一個點的情況下，我們如何知道它是被照亮的部分，還是在陰影中？簡單的說，如果場景中的一個點和光源的連線中間沒有其它遮擋物的話，那么這個點就是被照亮的。理解shadow mapping的關鍵步驟就是，理解這些點就是以光源為視點下的可見點。? ? ? ? ?我們已經掌握了在給定視點下判斷可見性的技術，并且幾乎在任何使用3d硬件繪制場景時都會用到這一技術，這個技術就是z-buffer消隱算法。所以，以光源為視點繪制場景的情況下，可以通過深度測試的點就是那些不在陰影中的點。??

? ? ? ? 如果我們以光源為視點繪制場景，我們可以先保存深度緩沖區的值，然后，我們再以攝像機為視角繪制場景，我們將保存的深度緩沖區的值從光源位置投影為紋理。對于給定的一個點而言，我們比較比較投影到該點的陰影以及該點到光源的距離，來計算該點是否在陰影中。??

? ? ? ? 假設深度紋理中存儲的值為D，點到光源的距離為R：?

R = D光源與點的連線中沒有物體遮擋，該點不在陰影中R > D光源與點的連線中有物體遮擋，該點在陰影中?

應用?

? ? ? ? 我們如何使用OpenGL來實現上述過程？??

? ? ? ? 這個技術要求我們至少繪制兩遍場景，為了保證每次繪制更簡單，我們繪制了三次。??

? ? ? ? 首先，我們以光源為視點繪制場景。這個可以通過在gluLookAt函數中，設置從光源位置望向場景中心。場景如常繪制，并且讀取深度緩存。??

? ? ? ? 所有的陰影計算都是在深度緩存的精度下進行的。使用相等來測試不在陰影中的點，很可能會因為精度誤差而產生不正確的結果，這和我們不使用”==“來比較浮點數是一個道理。所以，當我們從光源視角繪制場景時，我們要求OpenGL剔除前向面，因此被寫入陰影映射的是物體的背面。這種情況下，存儲在陰影映射中的深度值會比光源照射到正面的深度值要大一些。我們使用D>=R來檢測不在陰影中的點，所有光源下表面可見的點都不在陰影中。這樣我們就利用背面（在光源視角下）把這個問題轉化為精確的問題，因為它們仍然符合陰影的定義，所以不會對比較結果產生影響。??

? ? ? ? 這個技術只針對封閉物體，如果場景中存在開放的物體，我們需要使用多邊形位移技術來增加深度緩沖區的值。??

? ? ? ? 為了簡化這一問題，我們在第一次繪制的時候使用標準的后緩存，這意味著我們的窗口大到足以放下整個陰影紋理，并且不被其他窗體遮擋。這個限制可以通過使用離線緩存來產生紋理以避免。?

? ? ? ? 另外兩次繪制都是從相機視角繪制的。首先，我們用一個比較昏暗的燈光繪制整個場景，來表達陰影中顯示的效果。這一次僅用環境光來繪制。然而，為了保證陰影中的曲面表面不產生不自然的平坦，我們使用了較暗的漫反射光源。?

? ? ? ? 第三次繪制的就是我們前面提到的陰影比較。這個比較是shadow mapping中至關重要的一點，它事實上可以直接利用硬件來逐像素的進行比較，使用ARB提供的擴展，ARB_shadow。我們設置紋理單位，這樣比較就能影響到alpha值以及顏色成分了。所有的片段如果不能通過比較，將會得到alpha為0的值，而通過比較的則會得到alpha為1的值。利用alpha測試，我們可以丟棄那些本該是陰影的片段。現在使用更亮的管線來允許我們繪制場景中被光照到的部分。??

? ? ? ? 使用深度紋理的線性濾波，可以過濾紋理比較后產生的值，這叫做PCF，它能夠得到邊緣的軟陰影。如果我們允許更小的alpha值通過alpha測試，那么被照亮的片段將和陰影混合，可能會比幀緩存中的像素更暗，這樣就產生了陰影邊界的黑色邊框。所以，在這個樣例中，alpha測試被用于丟棄所有不被完全照射的區域。暗邊界的產生將會使用另一種不同的、更為復雜的方法來實現這兩次繪制。在我們的shadow mapping工程里，使用了max混合來合并結果。為了保證簡單，我們沒有使用PCF技術。??

投影紋理??

? ? ? ? 我們如何將光源下的深度緩存，保存在陰影中，并且在攝影機視角渲染到場景物體中呢？?

? ? ? ? 首先，我們來看一下我們使用的坐標系和矩陣：??

? ? ? ? 這個陰影映射是光源視角的一個快照，是光源裁剪空間的二維投影。為了實現紋理投影，我們使用opengl中的 EYE_LINEAR紋理坐標生成，來產生視點位置下頂點的坐標。我們需要使用紋理矩陣，將紋理坐標映射為一個適合于訪問陰影圖的坐標。因此紋理矩陣需要完成上述綠色箭頭標出操作。??

? ? ? ? 實現這一過程的最好方式是：??

? ? ? ??

T紋理矩陣Pl光源投影矩陣Vl光源視點矩陣Vc相機視點矩陣?

? ? ? ? OpenGL將一個矩陣M以MT的方式應用于一個矩陣坐標T，這將通過世界空間和光源視點空間，把相機坐標空間轉換到光源裁剪空間。這避免了物體空間以及任何模型矩陣的使用，并且因此不再需要對我們繪制的每個模型重復運算。??

? ? ? ? 當紋理坐標被轉換到光源裁剪空間后，我們還要執行一步操作。在透視除法后，裁剪后的x,y,z坐標的范圍落在[-1,1]內，而紋理映射的坐標范圍在[0,1]中，而深度值也在[0,1]范圍內。我們需要產生一個簡單的矩陣，來把[-1,1]映射到[0,1]上。對于每個X,Y,Z坐標，我們都要把我們的紋理矩陣上左乘這個矩陣。?

? ? ? ? 在映射的過程中，我們可以避免使用紋理矩陣。這個可以通過在我們打開EYE_LINEAR時，指定一個矩陣來實現。典型的允許一個坐標的紋理坐標生成的代碼如下：??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

? ? copy?

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? ?

? glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_S, GL_EYE_PLANE, VECTOR4D(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S);? ?

? ? ? ? 如果我們同時考慮這四個紋理坐標的觀察屏幕，它們形成了4 x 4的單位矩陣。紋理矩陣將這些”texgen“矩陣的基礎上產生，然后將使用紋理矩陣來操作。我們可以通過忽略紋理矩陣，而把我們將使用到的紋理矩陣使用的數據直接放置到觀察平面上，來實現一個小的加速。??

? ? ? ? 最終，大多數設置投影的復雜運算就是計算Vc的逆矩陣了。OpenGL會為我們完成這一操作。當觀察平面被確定后，GL將會自動地將其與當前模型矩陣相乘。我們所需要做的只是保證在這個時候，模型矩陣包括了攝像機視角矩陣，其逆將與我們的texgen矩陣相乘。??

? ? ? ? 所以，最終設置紋理投影，包括優化的代碼如下：??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

? ? copy?

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? ?

? //Calculate texture matrix for projection? ?//This matrix takes us from eye space to the light's clip space? ?//It is postmultiplied by the inverse of the current view matrix when specifying texgen? ? ? static MATRIX4X4 biasMatrix? ?(0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,? ?0.0f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,? ?0.0f, 0.0f, 0.5f, 0.0f,? ?0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f);? ? ? MATRIX4X4 textureMatrix=biasMatrix*lightProjectionMatrix*lightViewMatrix;? ? ? //Set up texture coordinate generation.? ?glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_S, GL_EYE_PLANE, textureMatrix.GetRow(0));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S);? ? ? glTexGeni(GL_T, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_T, GL_EYE_PLANE, textureMatrix.GetRow(1));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T);? ? ? glTexGeni(GL_R, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_R, GL_EYE_PLANE, textureMatrix.GetRow(2));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_R);? ? ? glTexGeni(GL_Q, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_Q, GL_EYE_PLANE, textureMatrix.GetRow(3));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_Q);? ?

拓展使用?

? ? ? ? 在這個項目中，我們只使用了兩個拓展， ARB_depth_texure和ARG_shadow.??

代碼?

? ? ? ?這個實例使用的代碼量非常小，主要原因如下：?

? ? ? ?1.我們不需要手動的生成任何特定幾何體，因為shadow mapping算法不需要提取輪廓線，也不需要其它附加的頂點性質，如切向量。?

? ? ? ? ? 所有的幾何體都是使用glutSolidSphere和一些簡單的指令繪制的。??

? ? ? ?2.主要的工作都是由硬件完成的。?

? ? ? ? shadow mapping比較只需要幾行代碼來允許硬件操作，然后它就會被自動執行。?

? ? ? ? 首先我們創建3個無符號整數來維護顯示列表的編號。一個顯示列表用于繪制場景的一部分，由于變量被定義為靜態的，我們可以在使用前獲得變量的值。??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? ?

? //Display lists for objects? ?static GLuint spheresList=0, torusList=0,baseList=0;? ?

? ?如果變量sphereList為0，我們使用glGenLists，在spheresList中保存新的顯示列表編號。新的顯示列表編號不為0，因此代碼只會被執行一次。這樣就將OpenGL產生4個球體的指令存儲在了顯示列表中。?

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

? ? copy?

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? ?

? //Create spheres list ifnecessary? ? if(!spheresList)? ? {? ? ? ? spheresList=glGenLists(1);? ? ? ? glNewList(spheresList,GL_COMPILE);? ? ? ? {? ? ? ? ? ? glColor3f(0.0f,1.0f, 0.0f);? ? ? ? ? ? glPushMatrix();? ? ? ? ? ? ? ?glTranslatef(0.45f,1.0f, 0.45f);? ? ? ? ? ? glutSolidSphere(0.2,24, 24);? ? ? ? ? ? ? ?glTranslatef(-0.9f,0.0f, 0.0f);? ? ? ? ? ? glutSolidSphere(0.2,24, 24);? ? ? ? ? ? ? ?glTranslatef(0.0f,0.0f,-0.9f);? ? ? ? ? ? glutSolidSphere(0.2,24, 24);? ? ? ? ? ? ? ?glTranslatef(0.9f,0.0f, 0.0f);? ? ? ? ? ? glutSolidSphere(0.2,24, 24);? ? ? ? ? ? ? ?glPopMatrix();? ? ? ? }? ? ? ? glEndList();? ? }? ?

? ?類似的，我們產生平面和圓環的顯示列表：

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? ?

? //Create torus if necessary? ?if(!torusList)? ?{? ? ? ?torusList=glGenLists(1);? ? ? ?glNewList(torusList,GL_COMPILE);? ? ? ?{? ? ? ? ? ?glColor3f(1.0f,0.0f, 0.0f);? ? ? ? ? ?glPushMatrix();? ? ? ? ? ? ? glTranslatef(0.0f,0.5f, 0.0f);? ? ? ? ? ?glRotatef(90.0f,1.0f, 0.0f, 0.0f);? ? ? ? ? ?glutSolidTorus(0.2,0.5, 24, 48);? ? ? ? ? ? ? glPopMatrix();? ? ? ?}? ? ? ?glEndList();? ?}? ? ? //Create base if necessary? ?if(!baseList)? ?{? ? ? ?baseList=glGenLists(1);? ? ? ?glNewList(baseList,GL_COMPILE);? ? ? ?{? ? ? ? ? ?glColor3f(0.0f,0.0f, 1.0f);? ? ? ? ? ?glPushMatrix();? ? ? ? ? ? ? glScalef(1.0f,0.05f, 1.0f);? ? ? ? ? ?glutSolidCube(3.0f);? ? ? ? ? ? ? glPopMatrix();? ? ? ?}? ? ? ?glEndList();? ?}? ?

? ? ? ? 現在，我們使用顯示列表來繪制隨著angles變化而旋轉的球，每一次這個函數被調用后，除了第一次調用，這是唯一被執行的部分：??

? ?

? ?[cpp]?

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? ?

? //Draw objects? ?glCallList(baseList);? ?glCallList(torusList);? ? ? glPushMatrix();? ?glRotatef(angle, 0.0f, 1.0f, 0.0f);? ?glCallList(spheresList);? ?glPopMatrix();? ?

? ? ? ? 現在，我們來看看主要的代碼文件，這里面包含了所有有趣的代碼。??

? ? ? ? 首先我們需要包含必要的頭文件，包括glee.h，一個opengl的擴展庫。?

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? ?

? #define WIN32_LEAN_AND_MEAN? ?#include <windows.h>? ?#include <stdio.h>? ?#include "GLee/GLee.h" //GL header file, including extensions? ?#include <GL/glut.h>? ?#include "Maths/Maths.h"? ?#include "TIMER.h"? ?#include "FPS_COUNTER.h"? ?#include "scene.h"? ?#include "main.h"? ?

? ? ? ? 現在創建我們的全局對象，計時器和fps。

? ?

? ?[cpp]?

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? ?

? //Timer used for frame rate independent movement? ?TIMER timer;? ? ? //Frames per second counter? ?FPS_COUNTER fpsCounter;? ?

? ? ? ? 之后，我們創建一些全局變量，相機和燈光的位置是在這里給出的固定值。我們同時把shadow map的大小固定設為512x512，并且存儲創建shadow map紋理編號的空間。另外，我們還創建空間來維護相機以及光源視角下的投影和視區矩陣。

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? ?[cpp]?

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? //Camera & light positions? ?VECTOR3D cameraPosition(-2.5f, 3.5f,-2.5f);? ?VECTOR3D lightPosition(2.0f, 3.0f,-2.0f);? ? ? //Size of shadow map? ?const int shadowMapSize=512;? ? ? //Textures? ?GLuint shadowMapTexture;? ? ? //window size? ?int windowWidth, windowHeight;? ? ? //Matrices? ?MATRIX4X4 lightProjectionMatrix, lightViewMatrix;? ?MATRIX4X4 cameraProjectionMatrix, cameraViewMatrix;? ?

? ? ? ? 初始化函數也會在代碼的開始被調用：

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? ?[cpp]?

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? //Called for initiation? ?bool Init(void)? ?{? ?

? ? ? ? ?首先我們使用glee庫來檢查ARB_depth_texture和ARB_shadow擴展是否被支持??

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? ?[cpp]?

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? //Check for necessaryextensions? ?if(!GLEE_ARB_depth_texture || !GLEE_ARB_shadow)? ?{? ? ? ?printf("I requireARB_depth_texture and ARB_shadow extensionsn\n");? ? ? ?return false;? ?}? ?

? ? ? ?現在我們設置模型視區矩陣、著色、深度測試的初始狀態，我們同時允許背面剔除來獲得加速。因為我們使用到了glScale來繪制場景，所以我們需要開啟GL_NORMALIZE。??

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? ?[cpp]?

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? //Load identity modelview? ?glMatrixMode(GL_MODELVIEW);? ?glLoadIdentity();? ? ? //Shading states? ?glShadeModel(GL_SMOOTH);? ?glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);? ?glColor4f(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);? ?glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT,GL_NICEST);? ? ? //Depth states? ?glClearDepth(1.0f);? ?glDepthFunc(GL_LEQUAL);? ?glEnable(GL_DEPTH_TEST);? ? ? glEnable(GL_CULL_FACE);? ? ? //We use glScale when drawing the scene? ?glEnable(GL_NORMALIZE);? ?

? ? ? ?下一步就是創建陰影映射紋理。這是一張尺寸為shadowMap大小的方形紋理，并且格式為DEPTH_COMPONENT，我們不希望用任何東西來初始化這個陰影數據，所以我們把它的像素指針指向NULL。??

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? ?[cpp]?

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? //Create the shadow maptexture? ?glGenTextures(1, &shadowMapTexture);? ?glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, shadowMapTexture);? ?glTexImage2D( GL_TEXTURE_2D, 0,GL_DEPTH_COMPONENT, shadowMapSize, shadowMapSize, 0,? ? ? ?GL_DEPTH_COMPONENT,GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);? ?glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);? ?glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);? ?glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_CLAMP);? ?glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_CLAMP);? ?

? ? 我們想要一個改變場景中物體的漫反射和環境反射材質屬性的更簡單的方法，所以我們使用了glColorMaterial，所以顏色的改變也會影響材質。?

? ? 我們設置所有表面的鏡面反射顏色為白色，鏡面反射指數為16.?

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? ?[cpp]?

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? //Use the color as theambient and diffuse material? ?glColorMaterial(GL_FRONT,GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE);? ?glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);? ? ? //White specular material color, shininess 16? ?glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, white);? ?glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, 16.0f);? ?

? ? ? ? 相機和光源的矩陣在這里被設置，并被保存到全局變量中。?

? ? ? ? 首先，我們保存當前的模型視圖矩陣。然后，對于每個我們想要設置的矩陣，我們首先將當前矩陣初始化為單位矩陣，然后調用相關的opengl函數，在模型視圖堆棧上創建相關的矩陣。這些矩陣隨后被讀入全局矩陣變量中。最終，我們還原模型視圖矩陣。??

? ? ? ? 注意到我們創建了所有的矩陣，包括在模型視圖堆棧上創建投影矩陣。這就是為什么GetFloatv總是讀取模型視圖矩陣。?

? ? ? ? 光源和相機有不同的投影矩陣。?

? ? ? ? 為了盡可能提升精度，光源的遠近平面被放置得盡可能接近。并且，光源使用的寬高比為1，所以視線體是一個被截斷的四棱錐。??

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? ?[cpp]?

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? //Calculate & savematrices? ?glPushMatrix();? ? ? glLoadIdentity();? ?gluPerspective(45.0f,(float)windowWidth/windowHeight, 1.0f, 100.0f);? ?glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX,cameraProjectionMatrix);? ? ? glLoadIdentity();? ?gluLookAt(cameraPosition.x, cameraPosition.y,cameraPosition.z,? ?0.0f, 0.0f, 0.0f,? ?0.0f, 1.0f, 0.0f);? ?glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX,cameraViewMatrix);? ? ? glLoadIdentity();? ?gluPerspective(45.0f, 1.0f, 2.0f, 8.0f);? ?glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX,lightProjectionMatrix);? ? ? glLoadIdentity();? ?gluLookAt( lightPosition.x, lightPosition.y,lightPosition.z,? ?0.0f, 0.0f, 0.0f,? ?0.0f, 1.0f, 0.0f);? ?glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX,lightViewMatrix);? ? ? glPopMatrix();? ?

? ?最終，我們重設計時器，并返回真。??

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? ?[cpp]?

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? //Reset timer? ?timer.Reset();? ? ? return true;? ?

? ? ? ? 顯示函數在繪制幀的時候被調用。??

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? ?[cpp]?

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? //Called to draw scene? ?void Display(void)? ?{? ?

? ? ? ? 首先，我們計算球體的旋轉角度。使用計時器，旋轉率將與幀刷新頻率獨立開來。

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? ?[cpp]?

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? //angle of spheres in scene.Calculate from time? ?float angle=timer.GetTime()/10;? ?

? ? ? ? ?第一次繪制的時候，我們從光源視點來繪制場景。清空顏色和深度緩存，并且設置光源的投影矩陣和模型矩陣。使用和shadow map一樣大小的作為窗口大小。

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? ?[cpp]?

? ?view plain

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? //First pass - from light'spoint of view? ?glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT |GL_DEPTH_BUFFER_BIT);? ? ? glMatrixMode(GL_PROJECTION);? ?glLoadMatrixf(lightProjectionMatrix);? ? ? glMatrixMode(GL_MODELVIEW);? ?glLoadMatrixf(lightViewMatrix);? ? ? //Use viewport the same size as the shadow map? ?glViewport(0, 0, shadowMapSize, shadowMapSize);? ?

? ? ? ? 在這里，我們讓opengl為我們剔除正面，所以背面被繪制到shadow map中。這個處理方法在前面已經解釋過了。我們同時需要禁用寫入顏色緩存，并且使用面片光照。因為我們僅對深度緩存的內容感興趣。??

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? ?[cpp]?

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? //Draw back faces into theshadow map? ?glCullFace(GL_FRONT);? ? ? //Disable color writes, and use flat shading forspeed? ?glShadeModel(GL_FLAT);? ?glColorMask(0, 0, 0, 0);? ?

? ? ? ? 現在，我們可以開始繪制場景了：??

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? ?[cpp]?

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? //Draw the scene? ?DrawScene(angle);? ?

? ? ? ? CopyTexSubImage2D用于把當前幀緩存的內容復制到紋理中。我們首先綁定陰影映射紋理，然后再把視區復制到紋理。因為我們綁定了一個DEPTH_COMPONENT的紋理，數據將會自動從深度緩存中讀入。??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? ?

? //Read the depth buffer intothe shadow map texture? ?glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, shadowMapTexture);? ?glCopyTexSubImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 0, 0, 0, 0,shadowMapSize, shadowMapSize);? ?

? ? ? ?第一次繪制的最后，我們恢復原來的狀態。??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? ?

? //restore states? ?glCullFace(GL_BACK);? ?glShadeModel(GL_SMOOTH);? ?glColorMask(1, 1, 1, 1);? ?

? ? ? ?第二次繪制時，我們從相機的視角繪制場景，我們把光源設置為陰影區域的亮度。首先，我們清除深度緩存。我們不需要清除顏色緩存，因為我們還沒有寫任何東西。然后，我們設置相機是叫的矩陣，并且使用包括整個窗體的視區大小。??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? ?

? //2nd pass - Draw fromcamera's point of view? ?glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);? ?glMatrixMode(GL_PROJECTION);? ?glLoadMatrixf(cameraProjectionMatrix);? ? ? glMatrixMode(GL_MODELVIEW);? ?glLoadMatrixf(cameraViewMatrix);? ? ? glViewport(0, 0, windowWidth, windowHeight);? ?

? ? ? ? 接下來設置燈光，我們使用一個較暗的漫反射光以及為0的鏡面反射亮度。??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? ?

? //Use dim light to representshadowed areas? ?glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION,VECTOR4D(lightPosition));? ?glLightfv(GL_LIGHT1, GL_AMBIENT, white*0.2f);? ?glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, white*0.2f);? ?glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPECULAR, black);? ?glEnable(GL_LIGHT1);? ?glEnable(GL_LIGHTING);? ? ? Scene(angle);? ?

? ? ? ? 第三次繪制是實際的陰影計算。如果一個片段通過了陰影測試（說明它不是陰影部分的）那么我們希望它在亮光下被繪制，覆蓋前一次暗光繪制的效果。所以，我們允許亮光，并且使用所有的鏡面光亮度。??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? ?

? //3rd pass? ?//Draw with bright light? ?glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, white);? ?glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPECULAR, white);? ?

? ? ? ? 接下來，我們計算texgen矩陣，它將用于把陰影映射投影到場景上，并且允許紋理坐標生成。??

? ?

? ?[cpp]?

? ?view plain

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? //Calculate texture matrixfor projection? ?//This matrix takes us from eye space to thelight's clip space? ?//It is postmultiplied by the inverse of thecurrent view matrix when specifying texgen? ?static MATRIX4X4 biasMatrix(0.5f, 0.0f, 0.0f,0.0f,? ?0.0f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,? ?0.0f, 0.0f, 0.5f, 0.0f,? ?0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f); //bias from [-1, 1] to[0, 1]? ?MATRIX4X4textureMatrix=biasMatrix*lightProjectionMatrix*lightViewMatrix;? ? ? //Set up texture coordinate generation.? ?glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_S, GL_EYE_PLANE,textureMatrix.GetRow(0));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S);? ? ? glTexGeni(GL_T, GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_T, GL_EYE_PLANE, textureMatrix.GetRow(1));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T);? ? ? glTexGeni(GL_R, GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_R, GL_EYE_PLANE,textureMatrix.GetRow(2));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_R);? ? ? glTexGeni(GL_Q, GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_EYE_LINEAR);? ?glTexGenfv(GL_Q, GL_EYE_PLANE,textureMatrix.GetRow(3));? ?glEnable(GL_TEXTURE_GEN_Q);? ?

? ? ? ? 現在，我們綁定并且允許陰影映射紋理，并且設置自動紋理比較。首先我們允許比較，并且告訴GL在r小于等于紋理中的值時，通過測試。陰影比較將對于每個片段產生0或1的結果。我們讓GL把這些都替換成4個顏色通道（一個復制到4個中，即產生一個灰度值）

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? //Bind & enable shadowmap texture? ?glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, shadowMapTexture);? ?glEnable(GL_TEXTURE_2D);? ? ? //Enable shadow comparison? ?glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_COMPARE_MODE_ARB, GL_COMPARE_R_TO_TEXTURE);? ? ? //Shadow comparison should be true (ie not inshadow) if r<=texture? ?glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_COMPARE_FUNC_ARB, GL_LEQUAL);? ? ? //Shadow comparison should generate an INTENSITYresult? ?glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_DEPTH_TEXTURE_MODE_ARB, GL_INTENSITY);? ?

? ? ? ? 如果陰影比較通過了，將會產生為1的alpha值。所以，我們使用alpha測試來剔除那些小于0.99的片段。用這種方法，沒有通過陰影測試的片段將不被繪制，所以這就允許了前一次繪制的暗場景效果被顯示在屏幕上。??

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? //Set alpha test to discardfalse comparisons? ?glAlphaFunc(GL_GEQUAL, 0.99f);? ?glEnable(GL_ALPHA_TEST);? ?

? ? ? ? 之后，是場景的第三次繪制，也是最后一次繪制，然后所有的狀態都被重設了。??

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? DrawScene(angle);? ? ? //Disable textures and texgen? ?glDisable(GL_TEXTURE_2D);? ? ? glDisable(GL_TEXTURE_GEN_S);? ?glDisable(GL_TEXTURE_GEN_T);? ?glDisable(GL_TEXTURE_GEN_R);? ?glDisable(GL_TEXTURE_GEN_Q);? ? ? //Restore other states? ?glDisable(GL_LIGHTING);? ?glDisable(GL_ALPHA_TEST);? ?

? ? ? ? 為了顯示這個樣例在你的電腦上運行狀態如何，我們將會在屏幕上方顯示fps大小。為了做到這一點，我們首先調用FPS_COUNTER::Update來計算fps。??

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? //Update frames per secondcounter? ?fpsCounter.Update();? ?

? ? ? ? sprintf被用于把fps從float轉換為string??

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? //Print fps? ?static char fpsString[32];? ?sprintf(fpsString, "%.2f", fpsCounter.GetFps());? ?

? ? ? ? 然后，投影和模型矩陣被設置為一個簡單的正投影，舊的矩陣利用堆棧被保存起來。??

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? //Set matrices for ortho? ?glMatrixMode(GL_PROJECTION);? ?glPushMatrix();? ?glLoadIdentity();? ?gluOrtho2D(-1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f);? ? ? glMatrixMode(GL_MODELVIEW);? ?glPushMatrix();? ?glLoadIdentity();? ?

? ? ? ? ?現在，我們調用glut庫的函數，一次性輸出所有文字。??

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? //Print text? ?glRasterPos2f(-1.0f, 0.9f);? ?for(unsigned int i=0; i<strlen(fpsString);++i)? ? ? ?glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_HELVETICA_18,fpsString[i]);? ?

? ? ? ? 舊的投影和模型矩陣現在從堆棧上被恢復。??

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? ?[cpp]?

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? //reset matrices? ?glMatrixMode(GL_PROJECTION);? ?glPopMatrix();? ?glMatrixMode(GL_MODELVIEW);? ?glPopMatrix();? ?

? ? ? ? 我們現在完成了幀的繪制，所以調用glFinish,然后告訴glut庫交換前后緩沖區，最終我們調用glutPostRedisplay來要求下一幀盡可能快地繪制。??

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? ?[cpp]?

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? glFinish();? ?glutSwapBuffers();? ?glutPostRedisplay();? ?

? ? ? ? ?reshape函數在窗體大小被改變的時候調用（包括窗口創建時），它首先把當前的窗口大小存儲到全局變量中，所以視窗可以在第二次繪制的時候被正確的重建。??

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? ?[cpp]?

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? //Called on window resize? ?void Reshape(int w, int h)? ?{? ? ? ?//Save new window size? ? ? ?windowWidth=w, windowHeight=h;? ?

? ? ? ? 相機投影矩陣在窗體大小被改變后，也會發生變化。因為它被存儲在全局變量中，并且僅在必要的時候發送給GL，我們按我們設置這個變量的方式，來更新這個變量。我們先保存當前的模型矩陣，再把當前矩陣設置為單位矩陣，然后新的相機投影矩陣被創建，并且被存儲。最后，我們恢復原來的模型矩陣。

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? ? ? //Update the camera'sprojection matrix? ? ? ?glPushMatrix();? ? ? ?glLoadIdentity();? ? ? ?gluPerspective(45.0f, (float)windowWidth/windowHeight,1.0f, 100.0f);? ? ? ?glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX,cameraProjectionMatrix);? ? ? ?glPopMatrix();? ?}? ?

? ? ? ? ?鍵盤回調函數在鍵盤被按下后調用。如果我們按了escape鍵，程序將退出。如果按了p鍵，計時器會停止，動畫也將暫停。按u鍵可以重啟計時器。.?

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? ?[cpp]?

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? //Called when a key is pressed? ?void Keyboard(unsigned char key, int x, int y)? ?{? ? ? ?//If escape is pressed, exit? ? ? ?if(key==27)? ? ? ?exit(0);? ? ? ? ? //Use P to pause the animation and U to unpause? ? ? ?if(key=='P' || key=='p')? ? ? ?timer.Pause();? ? ? ? ? if(key=='U' || key=='u')? ? ? ?timer.Unpause();? ?}? ?

? ? ? ? 我們的主函數初始化了glut和窗體，然后調用了init函數，檢查是否出錯，如果返回false，代碼退出。窗體創建得足夠容納512X512的陰影映射。之后我們設置了glut的回調函數，并且進入了主循環。??

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? ?[cpp]?

? ?view plain

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? int main(int argc, char** argv)? ?{? ? ? ?glutInit(&argc, argv);? ? ? ?glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB |GLUT_DEPTH);? ? ? ?glutInitWindowSize(640, 512);? ? ? ?glutCreateWindow("Shadow Mapping");? ? ? ? ? if(!Init())? ? ? ? ? ?return 0;? ? ? ? ? glutDisplayFunc(Display);? ? ? ?glutReshapeFunc(Reshape);? ? ? ?glutKeyboardFunc(Keyboard);? ? ? ?glutMainLoop();? ? ? ?return 0;? ?}