在direct 3d中实现shadow map的步骤

检查硬件兼容性

 // hlsl中的lerp等函数需要支持pixel shader 2.0以上
 if(pCaps->PixelShaderVersion < D3DPS_VERSION(2, 0))
 {
     return false;
 }
 // 作为shadow map的render target需要支持D3DFMT_R32F格式
 IDirect3D9 * pD3D = DXUTGetD3D9Object();
 if(FAILED(pD3D->CheckDeviceFormat(
     pCaps->AdapterOrdinal, pCaps->DeviceType, AdapterFormat, D3DUSAGE_RENDERTARGET, D3DRTYPE_CUBETEXTURE, D3DFMT_R32F)))
 {
     return false;
 }

 

定义一个d3d texture作为shadow的render target，一个d3d surface作为shadow map的depth scentil

 CComPtr<IDirect3DTexture9> m_shadowMapRT;
 CComPtr<IDirect3DSurface9> m_shadowMapDS;

 

创建shadow map的render target

 pd3dDevice->CreateTexture(
     SHADOWMAP_SIZE,         // shadow map的尺寸，更具场景大小来决定，尺寸越大shadow越精确
     SHADOWMAP_SIZE,
     1,                      // 由于shadow map不需要mip level，故而为1
     D3DUSAGE_RENDERTARGET,  // 将这个贴图作为d3d的render target
     D3DFMT_R32F,            // 使用32位浮点数作为red值，且只有red值，这种d3dfmt会出现不兼容性，所以要事先检查IsD3D9DeviceAcceptable
     D3DPOOL_DEFAULT,        // 使用默认的内存池，由于是render target，所以系统应该会分配为system mem
     &m_shadowMapRT,         // 用以保存返回的render target
     NULL)

 

创建shadow map的depth scentil

 // 因为新建的render target不支持multi-sampling，所以在实际渲染时需要再创建一个尺寸和render target相同，也不支持multi-sampling的depth scentil与之对应
 DXUTDeviceSettings d3dSettings = DXUTGetDeviceSettings();
 FAILED_THROW_D3DEXCEPTION(pd3dDevice->CreateDepthStencilSurface(
     SHADOWMAP_SIZE,
     SHADOWMAP_SIZE,
     d3dSettings.d3d9.pp.AutoDepthStencilFormat,
     D3DMULTISAMPLE_NONE,
     0,
     TRUE,
     &m_shadowMapDS,
     NULL));

 

不要忘记在适当的时候销毁资源

 m_shadowMapRT.Release();
 m_shadowMapDS.Release();

 

接下来在渲染帧的时候，将shadow渲染到render target，但要注意场景的变换是依据光源的

 // 获得相机投影矩阵
 D3DXMATRIXA16 mWorld = *m_camera.GetWorldMatrix();
 // 计算光照的透视变换
 D3DXMATRIXA16 mViewLight;
 D3DXMatrixLookAtLH(
     &mViewLight,
     &D3DXVECTOR3(0.0f, 0.0f, 50.0f),
     &D3DXVECTOR3(0.0f, 0.0f, 0.0f),
     &D3DXVECTOR3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
 D3DXMATRIXA16 mProjLight;
 D3DXMatrixOrthoLH(&mProjLight, 50, 50, 25, 75);
 D3DXMATRIXA16 mWorldViewProjLight = mWorld * mViewLight * mProjLight;
 // 备份原先的render target及depth scentil
 HRESULT hr;
 LPDIRECT3DSURFACE9 pOldRT = NULL;
 V(pd3dDevice->GetRenderTarget(0, &pOldRT));
 LPDIRECT3DSURFACE9 pShadowSurf;
 V(m_shadowMapRT->GetSurfaceLevel(0, &pShadowSurf));
 V(pd3dDevice->SetRenderTarget(0, pShadowSurf));
 SAFE_RELEASE(pShadowSurf);
 LPDIRECT3DSURFACE9 pOldDS = NULL;
 V(pd3dDevice->GetDepthStencilSurface(&pOldDS));
 V(pd3dDevice->SetDepthStencilSurface(m_shadowMapDS));
 // 清理render target
 V(pd3dDevice->Clear(
     0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, 0x00ffffff, 1.0f, 0));
 // 渲染shadow场景
 if(SUCCEEDED(hr = pd3dDevice->BeginScene()))
 {
     // 更新更新constant table中的matrix，应以在vertex shader中变换
     V(m_constantTable->SetMatrix("g_mWorldViewProjLight", &mWorldViewProjLight));
     // 设置渲染shadow map专用的vertex shader及pixcel shader，也可以使用d3dx effect
     ...
     // 渲染场景模型
     ...
     V(pd3dDevice->EndScene());
 }
 // 恢复原先的render target及depth scentil
 V(pd3dDevice->SetRenderTarget(0, pOldRT));
 V(pd3dDevice->SetDepthStencilSurface(pOldDS));
 SAFE_RELEASE(pOldRT);
 SAFE_RELEASE(pOldDS);

 

渲染实际的场景，但要在pixel shader中判断是否需采用diffuse还是ambient

 // 清理缓存背景及depth stencil
 V(pd3dDevice->Clear(
     0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_ARGB(0, 72, 72, 72), 1, 0));
 if(SUCCEEDED(hr = pd3dDevice->BeginScene()))
 {
     // 更新更新constant table中的matrix，及对应的shadow map
     V(m_constantTable->SetMatrix(...));
     V(m_constantTable->SetTexture("g_ShadowTexture", m_shadowMapRT));
     V(m_constantTable->SetMatrix("g_mWorldViewProjLight", &mWorldViewProjLight));
     ...
     // 设置渲染实际场景所用的vertex shader及pixcel shader，也可以使用d3dx effect
     ...
     // 渲染场景模型
     ...
     V(pd3dDevice->EndScene());
 }

 

渲染shadow map的vertex shader，其实质就是将顶点变换后的zw保存到texcoord0，那样的话在pixel shader中就能收到已经插值好的值

 // 用以保存顶点变换的matrix
 float4x4 g_mWorldViewProjectionLight;
 // vertex shader
 void RenderShadowVS(float4 Pos : POSITION,
                     float3 Normal : NORMAL,
                     out float4 oPos : POSITION,
                     out float2 Depth : TEXCOORD0)
 {
     oPos = mul(Pos, g_mWorldViewProjectionLight);
     Depth.xy = oPos.zw;
 }

 

渲染shadow map的pixel shader，实质就是将z/w的值保存到render target的对应R32F上去，且这里只有一个red值

 // pixcel shader
 void RenderShadowPS(float2 Depth : TEXCOORD0,
                     out float4 Color : COLOR)
 {
     Color = Depth.x / Depth.y;
 }

 

渲染场景的vertex shader

• 计算必要的顶点变换
• 实现将diffuse color计算好，避免pixel shader中计算
• 还要将顶点的光源（shadow map中使用的）变换计算并输出，可以利用float4 texcoord1的通道来保存

 

渲染场景的pixcel shader

• 将light变换之后的position重新映射到shadow map，并比较大小来判断当前像素是否处在阴影中
• 由于浮点数存在误差，需要使用+ SHADOW_EPSILON来加大像素与shadow map中的距离
• 取shadow map像素时可以使用2x2插值来削尖锐化现象

 // 将light position的值[-1, 1]转换成shadow map的uv
 float2 ShadowTexC = 0.5 * In.PosLight.xy / In.PosLight.w + float2( 0.5, 0.5 );
 ShadowTexC.y = 1.0f - ShadowTexC.y;
 // transform to texel space
 float2 texelpos = SMAP_SIZE * ShadowTexC;
 // Determine the lerp amounts
 float2 lerps = frac( texelpos );
 // read in bilerp stamp, doing the shadow checks
 float sourcevals[4];
 sourcevals[0] = (tex2D( samplerShadow, ShadowTexC ) + SHADOW_EPSILON < In.PosLight.z / In.PosLight.w)? 0.0f: 1.0f;
 sourcevals[1] = (tex2D( samplerShadow, ShadowTexC + float2(1.0/SMAP_SIZE, 0) ) + SHADOW_EPSILON < In.PosLight.z / In.PosLight.w)? 0.0f: 1.0f;
 sourcevals[2] = (tex2D( samplerShadow, ShadowTexC + float2(0, 1.0/SMAP_SIZE) ) + SHADOW_EPSILON < In.PosLight.z / In.PosLight.w)? 0.0f: 1.0f;
 sourcevals[3] = (tex2D( samplerShadow, ShadowTexC + float2(1.0/SMAP_SIZE, 1.0/SMAP_SIZE) ) + SHADOW_EPSILON < In.PosLight.z / In.PosLight.w)? 0.0f: 1.0f;
 // lerp between the shadow values to calculate our light amount
 float LightAmount = lerp( lerp( sourcevals[0], sourcevals[1], lerps.x ),
                           lerp( sourcevals[2], sourcevals[3], lerps.x ),
                           lerps.y );
 // 使用LightAmount来进行从ambient到diffuse之间的插值
 Output.RGBColor = tex2D(MeshTextureSampler, In.TextureUV) * lerp(g_MaterialAmbientColor, In.Diffuse, LightAmount);

 

注意：这里的SHADOW_EPSILON的大小，应当与shadow map中一个pixel在实际场景中所占的单位来决定，小于这个单位的话，会在模型表面出现“颗粒”，这是因为场景模型中的这个点位于shadow map中的那个平均值depth之后

 

myd3dlib中实现shadow map的截图，效果并不明显，这里只是演示了self shadow cast

原文链接http://blog.csdn.net/tangyin025/article/details/6366519