这里是ZwqXin关于Shadow Map阴影贴图的OpenGL实现记录的第二辑，在上篇中讲述了大概原理，在本篇我想在此基础上讲讲我所认为和理解的细节关键点，并放出demo。上篇请参考 Shadow Map阴影贴图技术之探Ⅰ。——ZwqXin.com
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事实上我在这里最想要讲的就是在再弹OpenGL矩阵——到另一个空间去 和 Shadow Map阴影贴图技术之探Ⅰ 中重重地提及但没有展开的两个问题（当然，其实当时是不太了解所以没说下去，但是经过这些天对demo运作效果的调试，我想我应该可以说说了）。其一，怎么变换矩阵到所需的光源视觉下投影空间，怎样转化为可查询的纹理；其二，那些“在相机中可以看到，但是在光源视觉下看不到”的场景，怎么办。
1. 到深度纹理的纹理空间去
先讲讲矩阵变换的问题。Shadow Map中的第一步（PASS 1），我们要把光源所看到的东西映射到一张深度纹理中，这涉及的也就上面这张曾经给我莫大启发的图中的变换。找到光源的视界，我们是回到最初，按照右边那条路一路变下来的，矩阵变换也应该按照这条路子思考。明确我们现在（在PASS 2中）要做的是：寻找这么一个矩阵变换，通过变换可以让物体某个坐标（局部坐标）逐步对应到那幅深度图的某个纹理坐标（即点与点对应，见上篇），这跟我以前说过的顶点坐标在不同空间的转换一样的嘛。因为涉及最终目标——纹理空间下的纹理坐标，所以我们叫此变换为：纹理矩阵变换。OpenGL也专门给了一个外号这类型的变换：GL_TEXTURE。和GL_MODELVIEW，GL_PROJECTION一样，是一个标志，glMatrixMode(GL_TEXTURE)表明接下来的变换是“纹理矩阵变换”。（标志有什么作用？它们作用在于通知OPENGL,这样OPENGL就知道对变换归类，知道顶点坐标和矩阵之间应该“怎么乘”了，也能在编程人员喊“给我把XX变换的矩阵叫来！”的时候，准确给出所需要的。典型的是shader中由opengl提供的gl_ModelViewMatrix，gl_ProjectionMatrix....当然还有gl_TextureMatrix[i]。）
好了，开始变换吧！（以下涉及变换实际顺序与代码操作顺序的倒置，不太清楚的朋友可以参考我写的乱弹OpenGL中的矩阵变换系列呵呵[ZwqxXin自卖广告]。）首先，与以前一样的是从模型空间转到世界空间，没问题！然后，啊，有问题啦！从世界坐标到光源版本的视图空间。问题不是这个转换矩阵怎么求（事实上很简单嘛，单独弄个光源的glLookat再获取此命令生成矩阵），而是上面那个从模型空间转到世界空间的模型变换矩阵怎么求！opengl里它是和视图变换矩阵合在一起的啊！直接求的话实在太委屈了，像往常那样如何？PASS1里不是就实施过一下光源视觉嘛，在那时候获得那个modelview怎么样？那你准备在什么时候去取？代码逻辑跟变换顺序是相反的，于是模型变换的代码会放在最后——而且紧接的就是物体的原始坐标在那儿了，假如物体很多，模型变换错综复杂，那你都搞不清该在哪放置获取矩阵的代码了——很不现实。那么退一步看呢？有没有直接从物体顶点坐标（原始坐标）到光源视觉下该顶点的位置坐标的变换呢？明显没有！
这时候你得好好看图了——路径还有一条：从相机的视图空间，经过世界空间到光源的视图空间！后者前面说了，很容易获得，可前者呢？这可是要求正常的那个视图变换的逆矩阵啊！视图变换矩阵与模型变换矩阵不同，它与后继操作（也就是模型变换）泾渭分明，可在确定“分界线”位置获得。关键是引入求逆！米办法了，去找个OPENGL矩阵类央求个求逆算法回来吧~~（注意是在设定正常相机时候去获得。）右边那些项之间的变换矩阵可轻松获得，于是我们跳到光源版本的屏幕空间吧，它是个平面，Z都被“归”掉了，而X，Y方向范围是[-1，1]，缩半后向左上角偏移就有一个[0，1]的纹理坐标啦。等等！我刚才抽的是哪根烟！哪能跳得那么快啊！光源版本的视图空间（Light's Eye Space）到光源版本的屏幕空间（Light's Screen Space）中间的投影过程是有归一，裁减，透视相除等几个主要操作的，而图中的末端只不过是屏幕空间未进行透视相除（各分量除以w并舍弃z，由流水线完成）前的样子而已（所以也叫裁减空间）！（P.S.我只是学BOB大叔口头禅咋，我不是吸烟哦~）这么说可能更明白点：你看书gluPerspective生成的变换矩阵不都是个4*4矩阵么，不可能让坐标变成2*2的，透视相除要在opengl流水线上做。好了，再说下去就超过本篇主题范围了——知道这里的过程的结果是光源版本的裁减空间（Light's Clip Space）就可以了。
但是呢？现在是求“纹理变换矩阵”，很明显要自己做透视相除将上面的结果转化成2*2矩阵啊。当然可以按照某教程那样通过glTexGenfv来直接生成纹理（貌似也可免去求逆了），但是这样shader是处理不到的。因此我们干脆就把上述结果作为gl_TextureMatrix[0]交给shader，让vertex shader做剩下来的工作吧:
- vec4 texcoord = gl_TextureMatrix[0] * gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex;
- shadowTexcoord = texcoord / texcoord.w;
- shadowTexcoord = 0.5 * shadowTexcoord +0.5;
很明显透视相除和偏移后shadowTexcoord还是个 vec4，没有舍弃什么。是这样的，在fragment shader里shadow2DProj获取深度纹理的值，需要的纹理坐标要是个vec4（s,t,p,q）。另外回应一下，上面把gl_TextureMatrix[0] 乘 gl_ModelViewMatrix就能通过前者里那个 相机逆矩阵抵消gl_ModelViewMatrix里那个相机矩阵了，满足图中要求：
- texcoord = gl_TextureMatrix[0] * gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex
- =Light_ProjectionMatrix * Light_ViewMatrix * Camera_ViewInverseMatrix
- * gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex
- =Light_ProjectionMatrix * Light_ViewMatrix * Camera_ViewInverseMatrix
- * Camera_ViewMatrix * ModelMatrix * gl_Vertex
- =Light_ProjectionMatrix * Light_ViewMatrix * ModelMatrix * gl_Vertex
2.当光被视线斩断
我确实把相机视觉下看到的场景的顶点映射到那张光源视觉下“拍到”的深度纹理图上了。但是那部分在相机中可以看到，但是在光源视觉下看不到的场景怎么办？它们无法在深度纹理图上找到它们的对应部分啊！这是个难题，也许有某些技术可以做得好，但我还没有探究到那里。目前我能确认的：一是把光源位置调得远一点，甚至无限远（辅以远近裁减面调节），这样光源处所看到的场景就更大了，出来的深度图信息更丰富，但是这样的话，光源所看到的场景细节就淡了，无疑得出的阴影锯齿加重；二是不要限定光源只看原点——但是看哪里呢？即使与相机焦点一致，也还是会出现这个问题的；三是把深度图范围弄大点，FBO不是可以做到截出比屏幕大的范围到大纹理里吗？但是光源的视野也就那么点了，还得让流水线的屏幕外裁减功能失效，因此我通过增大FBO纹理效果不明显。没辙了，你看我的demo，调整光源位置（靠近目标点，即减小光源视野，用空格视现）阴影消失，或者出来了一些黑黑的东西，（即该部分没有深度比较）就是这个原因。
更详细截图，包括成功之前的，看这里：
Shadow Map Demo1 -ZwqXin.com
本DEMO使用了shader,需要下载glew库到指定目录，下载见此：OpenGL常用的库
放上本DEMO：shadowmapdemo1byzwqxin.rar
按键：
→ ← ↑ ↓ PageUp 移动光源
鼠标左键下按不放并移动鼠标：旋转视角；鼠标滚轮移动
鼠标右键：自动旋转开关
空格：（默认光源目标点定位于原点）正常模式/射线可见模式/光源目标点定位于与相机焦点一致
P.S.下篇:[Shadow Map阴影贴图技术之探Ⅲ]
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