Динамические тени, основаные на CubeMap

Это статья для начинающих, в которой приведён простейший пример построения динамических теней с помощью СubeMap'ов.

Источник построенный на CubeMap имеет свои плюсы и минусы.

Плюсы:
Точечный свет, который не нужно направлять.
Освещение / затемнение всего, что будет в CubeMap'e.
Простота создания.

Минусы:
Нужно строить свой cubemap, для каждого источника света, а из-за этого потеря скорости.

Для начала нужно сделать сам источник света, с которым мы и будем работать:

Нам известно, что у нашего источника света должны быть следующие параметры:
Позиция в пространстве, Радиус и Цвет.

Однако нам ещё понадобится Уин, для CubeMap'a:

В и тоге получаем класс источника света:

  TLightSource = class
  public
    Position : TVector;
    Radius   : Single;
    Color    : TVector;
    ShadowMap: Cardinal;
  end;

К тому же, нам нужно включать и выключать его во время надобности. И самое главное, нужна функция обновления CubeMap'a теней, в итоге у нас ещё добавится 4 процедурки (создания, включения, выключения и обновления теней).

Начнём с простого: Create (создания), Bind (включения), unBind(выключения).

Процедура создания источника света должна применить к источнику все основные параметры и создать для него CubeMap :

(Приведёные примеры взяты из кода демки к статье)

constructor TLightSource.Create(const Pos,Clr:TVector; Rad:Single);
const
  light_ambient   : Array[0..3] of Single = (0.05, 0.05, 0.05, 1);
begin
  Position  := Pos;
  Color     := Clr;
  Radius    := Rad;

  ShadowMap := CreateNewCube(ShadowRes); //ShadowRes константа равная 256;

  glLightfv(GL_Light0, GL_AMBIENT , @light_ambient);
end;

Функция создания CubeMap'a:

function CreateNewCube(res: Integer): Cardinal;
var
  i: GLenum;
begin
  glGenTextures(1, @Result);
  glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, Result);
  for i := GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X to GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z do
    glCopyTexImage2D(i, 0, GL_RGBA8, 0, 0, res, res, 0);

  glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

  glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);

end;

procedure Bind;
var
  p : array [0..3] of single;
begin
  // Подключаем карту теней
  // Проверка на наличие шейдеров у видео карты (чтобы работало везде)
  if GL_ARB_shading_language_100 then
    TextureCubeMap_Enable(ShadowMap, 2); // Подключается ShadowMap
                                         // на 2 мульти текстуру

  // Этот источник света будет работать в том случае,
  // если шейдеров у видео карты не будет
  GLEnable(GL_Lighting);
  GLEnable(GL_Light0);

  // Передаем параметры источника света
  p[0] := Position.X;
  p[1] := Position.Y;
  p[2] := Position.Z;
  p[3] := 1;
  glLightfv(GL_Light0, GL_POSITION, @p); 

  p[0] := color.x;
  p[1] := color.y;
  p[2] := color.z;
  p[3] := Radius;
  glLightfv(GL_Light0, GL_DIFFUSE,  @p);
  glLightfv(GL_Light0, GL_SPECULAR, @p);
end;

procedure unBind;
begin
  glDisable(GL_Lighting);
  glDisable(GL_Light0);

  if (GL_ARB_shading_language_100) then
    TextureCubeMap_Disable(2);
end;

Шаг 1 до получения теней :

Рендерим сцену в cubemap и записываем в него дистанции точки от источника света. Обновляем CubeMap.

procedure UpdateShadowMap;
var
  cs: Cardinal;
  Render:Procedure;
begin
    Включаем FBO или Point Buffer, в моём случае это Point Buffer
    pBuffer^.Enable; 
    // Настраеваем матрицу проекции
    glViewport(0, 0, ShadowRes, ShadowRes);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity;
    gluPerspective(90, 1, 1, Radius);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

    // Бегая по шести старанам CubeMap'a
    // устанавливаем камеру вида для каждой из сторон
    for cs := GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X to GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z do
    begin
      glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT or GL_Color_BUFFER_BIT);
      glLoadIdentity;
      case cs of
        GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X_ARB: begin
            glRotatef(180, 0, 0, 1);
            glRotatef(90, 0, 1, 0);
          end;
        GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y_ARB: begin
            glRotatef(-90, 1, 0, 0);
          end;
        GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z_ARB: begin
            glRotatef(180, 1, 0, 0);
          end;
        GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X_ARB: begin
            glRotatef(180, 0, 0, 1);
            glRotatef(-90, 0, 1, 0);
          end;
        GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y_ARB: begin
            glRotatef(90, 1, 0, 0);
          end;
        GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z_ARB: begin
            glRotatef(180, 0, 0, 1);
          end;
      end;
    // Устанавливаем центер мира
      with Position do glTranslatef(-x, -y, -z);

    // Включаем шейдер теней (он будет приведён ниже)
    // Передаем шейдеру информацию о позиции и радиусе источника света
    Shader^.start;
      Shader^.BindUniform('light', @position,3);
      Shader^.BindUniform('radius',@radius, 1);

    //Рендерим сцену
    Render;
    // Останавливаем шейдер
    Shader^.stop;

    //И записываем всё что было в поле видимости в конкретную сторону
      glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARB, ShadowMap);
      glCopyTexSubImage2D(cs, 0, 0, 0, 0, 0, ShadowRes, ShadowRes);
      glFlush;
    end;
    // Отключаем буфер
    pBuffer^.Disable;

end;

Шейдерный код для теней:

shadow.vp

uniform vec3 light;
uniform float radius;
varying vec3 vertex;

void main()
{
   gl_Position  = ftransform();
   vertex = ( gl_Vertex.xyz - light ) / radius;
}

shadow.fp

varying vec3 vertex;

void main()
{
 vec4 pack = vec4( 1.0, 256.0, 65536.0, 16777216.0 );
 // Сжимаем RGB цвет в длину (раскидывая её по компонентам) =)
 vec4 len  = length(vertex) * pack;
 
 gl_FragColor = fract(len);
// p.s.
// Можно конечно и без Fract'a, но так хоть посмотреть можно не градиент синего
// а то, что получилось.
}

В итоге получаем следующее :

Динамические тени, основаные на CubeMap

Шаг 1 до получения теней :

Шаг 2 получение теней: