Sombras en OpenGL Informática Gráfica– Ingeniería Informática. Carlos Calvo Rodríguez

Sombras en OpenGL Elemento imprescindible para realismo de la escena. Varios mecanismos Sombras estáticas Sombras dinámicas Sombras volumétricas Mapas de sombras (Shadow Mapping)

Sombras estáticas Aplicación mediante mapas de luz. Deben ser precalculados No requieren eficiencia en tiempo real No aptos para objetos dinámicos

Sombras estáticas Varias técnicas de precálculo Oclusión ambiental Radiosidad Otras

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

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.

Sombras volumétricas

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);

Shadow Mapping Renderizado desde cada luz en la textura, cálculo de profundidad. Renderizado normal, test contra la textura de profundidad.

Shadow mapping Renderizado desde la luz Proyección ortogonal Suficientemente grande para toda la escena

Shadow mapping C++ GLSL //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; // Valores constantes para todo el mesh uniform mat4 depthMVP; void main(){ gl_Position = depthMVP * (vec4(vertexPosition_modelspace,1)); }

Shadow Mapping Sólo se guarda información de profundidad.

Shadow Mapping

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; }

Shadow Mapping - Problemas «Shadow acne» Peter Panning Aliasing

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);

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

Aliasing PCF Multisampling por hardware GLSL uniform sampler2DShadow shadowMap;

Aliasing Poisson Sampling Stratified 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.

Aliasing Poisson Sampling N = 16 Baja dispersión

Aliasing Poisson Sampling N = 16 Alta dispersión

Aliasing Stratified Poisson Sampling

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.

Shadow Mapping - Variaciones Frustum automático de luz Cálculo de PSR y PSC Puede causar popping

Shadow Mapping - Variaciones

Shadow Mapping - Variaciones Light Space Perspective Shadow Maps Modifican el frustum original para conseguir una calidad más uniforme con la distancia.

Shadow Mapping - Variaciones

Shadow Mapping - Variaciones Cascaded Shadow Maps Técnica análoga al mipmapping. Emplea varios Shadow Maps estándar.

Juan Manuel Corchado Rodríguez Facultad de Ciencias Universidad de Salamanca 37007 Salamanca. Spain Tel. (34) 923 294450 (ext. 1525) Movil (34) 618696589 Fax (34) 923 294514 http://bisite.usal.es | corchado@usal.es