openGL阴影实现（硬阴影）
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- 前言
- 一、阴影体
- 二、阴影贴图
- 阴影贴图（第1 轮）——从光源位置“绘制”物体
- 阴影贴图（中间步骤）——将Z 缓冲区复制到纹理
- 阴影贴图（第2 轮）——渲染带阴影的场景
- 代码
- 运行效果
- 完成工程下载
- 参考
前言
为了给3D 场景添加阴影，人们设计了许多有趣的方法。其中一种很适合在地平面上（如
图8.1 所示）绘制阴影，又相对不需要太大计算代价的方法，叫作投影阴影（projective
shadows）。给定一个位于（XL,YL,ZL）的点光源、一个需要渲染的物体以及一个投射阴影的
平面，可以通过生成一个变换矩阵，将物体上的点（XW,YW,ZW）变换为相应阴影在平面上的
点（XS,0,ZS）。之后将其生成的“阴影多边形”绘制出来，通常使用暗色物体与地平面纹理
混合作为其纹理，如图1所示。
图1
使用投影阴影进行投射的优点是它的高效和易于实现。但是，它仅适用于平坦表面——
这种方法无法投射阴影于曲面或其他物体。即使如此，它仍然适用于有室外场景并对性能
要求较高的应用，很多游戏中的场景都属于这类。
一、阴影体
Franklin C. Crow 在1977 年提出了另一个重要的方法，这个方法先找到被物体阴影覆盖
的阴影体，之后减少视体与阴影体相交部分中的多边形的颜色强度。图2 展示了阴影体中
的立方体，因此，立方体绘制时会更暗。
阴影体的优点在于其高度准确，比起其他方法来更不容易产生伪影。但是，计算出阴影
体以及每个多边形是否在其中这件事，即使对于现代GPU 来说，计算代价也很大。几何着
色器可以用于计算阴影体，模板缓冲区①可以用于判断像素是否在阴影体内。有些显卡对于
特定的阴影体操作优化提供了硬件支持。
图2
二、阴影贴图
阴影贴图是用于投射阴影最实用也最流行的方法之一。虽然它并不总是像阴影体一样准
确（且通常伴随着讨厌的伪影），但阴影贴图实现起来更简单，可以在各种情况下使用，并
享有强大的硬件支持。
如果我们不在这里澄清前一段中的“更简单”这个词，那将是我们的疏忽。虽然阴影贴
图比阴影体（在概念和实践中）更简单，但它绝不“简单”！对学生来说，通常在3D 图形
课程中最难实现的技术之一就是阴影贴图。着色器程序本质上很难调试，阴影贴图需要几
个组件和着色器模块的完美协调
阴影贴图基于一个非常简明的想法：光线无法看到的任何东西都在阴影中。也就是说，
如果对象＃1 阻挡光到达对象＃2，等同于光不能“看到”对象＃2。
这个想法的强大之处在于我们已经有了方法来确定物体是否可以被“看到”——使用Z
缓冲区的隐藏面消除算法（HSR），如2.1.7 节所述。因此，计算阴影的策略是，暂时将摄像
机移动到光的位置，应用Z 缓冲区HSR 算法，然后使用生成的深度信息来计算阴影。
因此，渲染场景需要两轮：第1 轮从灯光的角度渲染场景（但实际上没有将其绘制到屏
幕上），第2 轮从摄像机的角度渲染场景。第1 轮的目的是从光的角度生成Z 缓冲区。完成
第1 轮之后，我们需要保留Z 缓冲区并使用它来帮助我们在第2 轮生成阴影。第2 轮实际
绘制场景。
我们的策略可以更加精炼。
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