Sombras en OpenGL
Informática Gráfica– Ingeniería Informática.
Carlos Calvo Rodríguez
01
Sombras en OpenGL
• Elemento imprescindible para realismo de la
escena.
• Varios mecanismos
– Sombras estáticas
– Sombras dinámicas
• Sombras volumétricas
• Mapas de sombras (Shadow Mapping)
02
Sombras estáticas
• Aplicación mediante mapas de luz.
• Deben ser precalculados
– No requieren eficiencia en tiempo real
– No aptos para objetos dinámicos
03
Sombras estáticas
• Varias técnicas de precálculo
– Oclusión ambiental
– Radiosidad
– Otras
04
Sombras dinámicas
• Fixed pipeline – Sombras Volumétricas
• GLSL – Shaders – Shadow Mapping
05
Sombras volumétricas
• Uso del Stencil Buffer.
• Determinación de siluetas y proyección.
• Renderizado en múltiples etapas.
– Renderizado de escena en penumbra. Cálculo de
stencil buffer.
– Renderizado aditivo para cada luz. Test contra el
stencil buffer.
• Extremadamente caro computacionalmente.
06
Sombras volumétricas
07
Shadow Mapping
• El uso de shaders permite la técnica del Shadow
Mapping.
• Hace uso de una textura –no un búfer- de
profundidad.
• El tamaño de la textura indica la resolución de las
sombras.
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,
0,GL_DEPTH_COMPONENT16, 1024, 1024,
0,GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, 0);
08
Shadow Mapping
• Renderizado desde cada luz en la textura, cálculo de
profundidad.
• Renderizado normal, test contra la textura de profundidad.
09
Shadow mapping
• Renderizado desde la luz
– Proyección ortogonal
– Suficientemente grande para toda la escena
010
Shadow mapping
C++
//Especificamos el búfer creado anteriormente para el shadow map como
//objetivo de rendering.
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, fbDepth);
glViewport(0, 0, 1024, 1024); //Renderizar en todo el búfer
#version 120
// Entrada de datos de vértice para cada ejecución
attribute vec3 vertexPosition_modelspace;
GLSL
// Valores constantes para todo el mesh
uniform mat4 depthMVP;
void main(){
gl_Position = depthMVP * (vec4(vertexPosition_modelspace,1));
}
011
Shadow Mapping
• Sólo se guarda información de profundidad.
012
Shadow Mapping
013
Shadow Mapping
• El test de sombreado permite cambiar el
renderizado condicionalmente.
float visibility = 1.0;
if ( texture( shadowMap, ShadowCoord.xy ).z
visibility = 0.5;
}
<
ShadowCoord.z - bias){
GLSL
014
Shadow Mapping - Problemas
• «Shadow acne»
• Peter Panning
• Aliasing
015
Shadow Acne
• Margen de error
• Margen de error ajustado
// Ajuste de error fijo...
float bias = 0.005;
// ...o variable
// float bias = 0.005*tan(acos(cosTheta));
// bias = clamp(bias, 0,0.01);
• Front-face culling
glEnable(GL_CULL_FACE);
glCullFace(GL_FRONT);
016
Peter Panning
• Problema relacionado con la geometría.
• Resuelto utilizando geometría más ancha.
• Supone más primitivas por etapa.
017
Aliasing
• PCF
– Multisampling por hardware
GLSL
uniform sampler2DShadow shadowMap;
018
Aliasing
• Poisson Sampling
– Multisampling fijo alrededor del pixel
– Puede presentar «banding» si se dispersan las
muestras.
• Stratified Poisson Sampling
– Muestreo aleatorio alrededor del píxel.
– Genera patrones de ruido.
019
Aliasing
Poisson
Sampling
N = 16
Baja dispersión
020
Aliasing
Poisson
Sampling
N = 16
Alta dispersión
021
Aliasing
Stratified
Poisson
Sampling
022
Shadow Mapping - Mejoras
• «Early bailing»
• Luces «spot»
– Matriz de proyección de la luz.
• Múltiples luces
– Necesidad de etapas extra
• Luces de punto
– Uso de cubemaps para el shadowmapping.
023
Shadow Mapping - Variaciones
• Frustum automático de luz
– Cálculo de PSR y PSC
– Puede causar popping
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Shadow Mapping - Variaciones
025
Shadow Mapping - Variaciones
• Light Space Perspective Shadow Maps
– Modifican el frustum original para conseguir una
calidad más uniforme con la distancia.
026
Shadow Mapping - Variaciones
027
Shadow Mapping - Variaciones
• Cascaded Shadow Maps
– Técnica análoga al mipmapping.
– Emplea varios Shadow Maps estándar.
028
Juan Manuel Corchado Rodríguez
Facultad de Ciencias
Universidad de Salamanca
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