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Sombras en OpenGLInformática Gráfica– Ingeniería Informática.

Carlos Calvo Rodríguez

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Sombras en OpenGL

• Elemento imprescindible para realismo de la escena.

• Varios mecanismos– Sombras estáticas– Sombras dinámicas• Sombras volumétricas• Mapas de sombras (Shadow Mapping)

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Sombras estáticas

• Aplicación mediante mapas de luz.

• Deben ser precalculados– No requieren eficiencia en tiempo real– No aptos para objetos dinámicos

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Sombras estáticas

• Varias técnicas de precálculo– Oclusión ambiental– Radiosidad– Otras

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Sombras dinámicas

• Fixed pipeline – Sombras Volumétricas• GLSL – Shaders – Shadow Mapping

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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.

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Sombras volumétricas

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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);

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Shadow Mapping

• Renderizado desde cada luz en la textura, cálculo de profundidad.

• Renderizado normal, test contra la textura de profundidad.

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Shadow mapping

• Renderizado desde la luz– Proyección ortogonal– Suficientemente grande para toda la escena

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Shadow mapping

C++

GLSL

#version 120

// Entrada de datos de vértice para cada ejecuciónattribute vec3 vertexPosition_modelspace;

// Valores constantes para todo el meshuniform mat4 depthMVP;

void main(){gl_Position = depthMVP * (vec4(vertexPosition_modelspace,1));

}

//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

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Shadow Mapping

• Sólo se guarda información de profundidad.

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Shadow Mapping

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Shadow Mapping

• El test de sombreado permite cambiar el renderizado condicionalmente.

GLSL

float visibility = 1.0;if ( texture( shadowMap, ShadowCoord.xy ).z < ShadowCoord.z - bias){

visibility = 0.5;}

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Shadow Mapping - Problemas

• «Shadow acne»• Peter Panning• Aliasing

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Shadow Acne

• Margen de error• Margen de error ajustado

• Front-face culling

// Ajuste de error fijo...float bias = 0.005;

// ...o variable// float bias = 0.005*tan(acos(cosTheta));// bias = clamp(bias, 0,0.01);

glEnable(GL_CULL_FACE);glCullFace(GL_FRONT);

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Peter Panning

• Problema relacionado con la geometría.• Resuelto utilizando geometría más ancha.• Supone más primitivas por etapa.

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Aliasing

• PCF– Multisampling por hardware

GLSL

uniform sampler2DShadow shadowMap;

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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.

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Aliasing

PoissonSampling

N = 16Baja dispersión

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Aliasing

PoissonSampling

N = 16Alta dispersión

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Aliasing

StratifiedPoissonSampling

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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.

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Shadow Mapping - Variaciones

• Frustum automático de luz– Cálculo de PSR y PSC– Puede causar popping

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Shadow Mapping - Variaciones

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Shadow Mapping - Variaciones

• Light Space Perspective Shadow Maps– Modifican el frustum original para conseguir una

calidad más uniforme con la distancia.

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Shadow Mapping - Variaciones

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Shadow Mapping - Variaciones

• Cascaded Shadow Maps– Técnica análoga al mipmapping.– Emplea varios Shadow Maps estándar.

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Juan Manuel Corchado Rodríguez