平面阴影技术 DirectX例子 图形学2

平面阴影虽然不能满足所有的阴影要求，但是如果是相对简单的场景的话，用平面阴影也是个不错的选择，它的优点是速度快，并不需占用多少运算时间。

步骤如下：

1. 定位需要渲染阴影的物体，和阴影所在平面

2. 计算出平面上阴影的物体定点，定义一定透明度，如50%透明度

3. 渲染

一、首先解决问题是如何计算

方法就是利用向量代数和空间解析几何的知识，知道了光照的方向向量，物体定点，和平面位置，就可以计算了。这里就不给出具体的计算了，基础不好的恶补下，这里主要讲图形学的技术，而且大多数的API，如DirectX和OpenGL都有现场的API去自动计算，记得目的就是为了定义出在平面上的阴影的定点。图形学中一般的做法就是先计算出这个转变向量，然后利用这个转变向量，把原物体转换成阴影物体，就可以把阴影渲染在平面上了。

而在DirectX中就是可以调用现成的API生成所需要的矩阵：

D3DXMATRIX *D3DXMatrixShadow(
    D3DXMATRIX *pOut,              //我们所需要的矩阵
    CONST D3DXVECTOR4 *pLight,     // 光源
    CONST D3DXPLANE *pPlane        // 阴影所在的平面
);

利用Stencil 缓冲技术来防止多重Blending

我们画阴影需要再一个平面上画的，但是原图形是立体的，那么会发生多个几何图形重叠的情况，比如一个物体的正反面重叠子一起，那么通过多次画图就会使得阴影物体更加黑。为了得到正确明暗程度的阴影就要用到Stencil技术了。当然如果不用也可以画出来，不过就是阴影部分更加黑罢了。

具体做法就是：我们把阴影部分标记到stencil buffer中，然后如果第二次再次写像素到同样的阴影部分的时候就拒绝写入，也就是stencil test会失败。（当然程序还是正常运行的）。这样的话，我们就只画了一次阴影部分。

Direct3D代码示例：

1.参数设置

gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILENABLE, true);//开启Stencil buffer
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILFUNC, D3DCMP_EQUAL);//设置stencil测试函数为等于函数
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILREF, 0x0);//设置ref的值为0
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILMASK, 0xffffffff);//Mask蒙蔽层的值为1
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILWRITEMASK, 0xffffffff);//写入蒙蔽层也为1
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILZFAIL, D3DSTENCILOP_KEEP);//stencil测试失败则保持原有的颜色
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILFAIL, D3DSTENCILOP_KEEP);
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILPASS, D3DSTENCILOP_INCR);//这要设置，已经写入一次的像素位置就不能再次写入其他像素了

2. 计算和定位阴影

// Position shadow.
D3DXVECTOR4 lightDirection(0.577f, -0.577f, 0.577f, 0.0f);
D3DXPLANE groundPlane(0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f);

D3DXMATRIX S;
D3DXMatrixShadow(&S, &lightDirection, &groundPlane);//这里得出阴影的转换矩阵

// Offset the shadow up slightly so that there is no
// z-fighting with the shadow and ground.
D3DXMATRIX eps;
D3DXMatrixTranslation(&eps, 0.0f, 0.001f, 0.0f);//这里是Z-fighting技术，简单的来说就是当两个物体（这里是指阴影和平面）的深度测试（depth testing）发生重复的时候，就可能会出问题，例如像素会闪烁，这个时候，可以稍微把其中一个物体（这里是阴影）的位置移一点点。但是据我的实验可知，问题不会很大，还是可以正常显示的，无闪烁，不过为了安全起见，那么移动一下吧。
// Save the original teapot world matrix.
D3DXMATRIX oldTeapotWorld = mTeapotWorld;

// Add shadow projection transform.
mTeapotWorld = mTeapotWorld * S * eps;//这里进行正式转换
 

3. 最后我们设置颜色，黑色，透明度50%，然后恢复原来的参数设置：

// Alpha blend the shadow.
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, true);//开启Alpha blending
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_SRCBLEND, D3DBLEND_SRCALPHA));
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_INVSRCALPHA);

drawTeapot();//这里是画一个茶壶

// Restore settings.
mTeapotWorld = oldTeapotWorld;
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, false);
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILENABLE, false);

总结：

这里是平面阴影技术，如果要做复杂的阴影的话，比如水面上的，和乱石中的阴影那就要用更加深的技术了，需要更多的知识，后续在继续贴出来吧。

Reference：

Introduction to 3D Game Programming with DirectX9.0C Shader Approach (DirectX 的 龙书 封面是条红龙的）