shader ConeVolumeShadow - Versionsgeschichte

Mathias: /* Funktionsweise */

2018-05-18T19:48:34Z

‎Funktionsweise

Coolcat: /* Voraussetzungen */

2010-01-31T16:23:37Z

‎Voraussetzungen

Coolcat: /* Funktionsweise */

2010-01-31T16:15:12Z

‎Funktionsweise

Coolcat: /* Funktionsweise */

2010-01-31T16:13:15Z

‎Funktionsweise

Coolcat: Offline-Bearbeitung entfernt

2010-01-31T15:29:30Z

Offline-Bearbeitung entfernt

Coolcat: /* Das "Drumherum" */

2010-01-31T15:26:51Z

‎Das "Drumherum"

Coolcat: /* Code */

2010-01-31T15:24:31Z

‎Code

Coolcat: /* Voraussetzungen */

2010-01-31T13:32:08Z

‎Voraussetzungen

Coolcat: /* Funktionsweise */

2010-01-31T13:08:25Z

‎Funktionsweise

Coolcat: /* Funktionsweise */

2010-01-31T13:05:52Z

‎Funktionsweise

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 Es folgt eine große Fallunterscheidung die ermittelt in welcher Zone (Licht/Halbschatten/Vollschatten) wir uns befinden. Das Ergebnis ist ein Faktor <tt>s</tt> der später mit der Beleuchtung multipliziert wird. Dabei steht <tt>1.0</tt> für volles Licht und <tt>0.0</tt> für Dunkelheit. Zu beachten ist, dass <tt>rF_inner</tt> auch negativ werden kann. In dem Fall befinden wir uns soweit hinter dem Occluder, dass keine Vollschatten-Zone mehr existiert.
-<source lang="text">if (dLF' < dLO || rF >= rF_outer) {
+<source lang="c">if (dLF' < dLO || rF >= rF_outer) {
      // Fragment vor dem Occluder oder außerhalb des äußeren Kegels.
      s = 1.0;

← Nächstältere Version		Version vom 31. Januar 2010, 16:23 Uhr
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	Möglicherweise lässt sich das beschriebene Verfahren auch auf andere einfache geometrische Objekte verallgemeinern. In Frage kommen etwa Planetenringe. Auf diese Möglichkeiten geht dieser Artikel jedoch nicht weiter ein.		Möglicherweise lässt sich das beschriebene Verfahren auch auf andere einfache geometrische Objekte verallgemeinern. In Frage kommen etwa Planetenringe. Auf diese Möglichkeiten geht dieser Artikel jedoch nicht weiter ein.
		+
		+	Der hier vorgestellte Shader geht von nur einer einzigen Lichtquelle aus. Der Ansatz lässt sich aber problemlos auf mehrere Lichtquellen erweitern. Allerdings steigt damit natürlich der Rechenaufwand.

	== Geometrie-Crashkurs ==		== Geometrie-Crashkurs ==

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 [[Bild:shader_ConeVolumeSoftShadow.png]]
-Die Hauptachse beider Kegel liegt wie zu erkennen ist auf der Geraden durch Lichtquelle <tt>L</tt> und Occluder <tt>O</tt>. Im Shader beschreiben wir beide Kegel durch den Radius an zwei Punkten, nämlich den Radius auf Höhe der Lichtquelle und auf Höhe des Occluders. Für den äußeren Kegel bedienen wir uns eines Tricks, den wir nehmen für die Lichtquelle einfach einen negativen Radius an. Die Beschreibung beider Kegel ist also bis auf das Vorzeichen der Lichtquellenradius bei beiden Kegeln identisch. Wir haben damit genug Daten um den Radius an jeder Stelle beider Kegel zu berechnen.
+Die Hauptachse beider Kegel liegt, wie zu erkennen ist, auf der Geraden durch Lichtquelle <tt>L</tt> und Occluder <tt>O</tt>. Im Shader beschreiben wir beide Kegel durch den Radius an zwei Punkten, nämlich den Radius auf Höhe der Lichtquelle und auf Höhe des Occluders. Für den äußeren Kegel bedienen wir uns eines Tricks, den wir nehmen für die Lichtquelle einfach einen negativen Radius an. Die Beschreibung beider Kegel ist also bis auf das Vorzeichen des Lichtquellenradius bei beiden Kegeln identisch. Wir haben damit genug Daten um den Radius an jeder Stelle beider Kegel zu berechnen.
 Der Punkt <tt>F</tt> ist die Position des gerade gerenderten Fragments. Der erste Schritt besteht nun darin den Punkt <tt>F'</tt> zu berechnen. Eine detaillierte Erklärung dazu findet sich im [[#Geometrie-Crashkurs|vorhergehenden Abschnitt]]. Den Abstand zwischen <tt>F</tt> und <tt>F'</tt> bezeichnen wir als <tt>rF</tt>.

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 == Funktionsweise ==
-Kommen wir nun zum eigentlichen Shader. Verwendet man eine Punktlichtquelle hat das Schatten-Volumen einer Kugel eine sehr einfache Form, nämliche die eines Kreiskegels. Da eine Punktlichtquelle aber unschöne harte Schatten wirft, wollen wir eine Kugellichtquelle verwenden. Eine Kugellichtquelle besteht aus unendlich vielen Punktlichtquellen die kugelförmig angeordnet sind. Da bei dieser Lichtquelle das Licht aus leicht unterschiedlichen Richtungen auf das Objekt fällt entstehen wie in der Realität weiche Schatten.
+Kommen wir nun zum eigentlichen Shader. Verwendet man eine Punktlichtquelle hat das Schatten-Volumen einer Kugel eine sehr einfache Form, nämliche die eines Kreiskegels. Da eine Punktlichtquelle aber unschöne harte Schatten wirft, wollen wir hier eine Kugellichtquelle verwenden. Eine Kugellichtquelle besteht aus unendlich vielen Punktlichtquellen die kugelförmig um ein Zentrum angeordnet sind. Da bei dieser Lichtquelle das Licht aus leicht unterschiedlichen Richtungen auf das Objekt fällt entstehen, wie in der Realität, weiche Schatten.
 Das Schatten-Volumen einer von einer Kugellichtquelle beleuchteten Kugel lässt sich durch zwei Kreiskegel beschreiben. Dies machen wir uns zu nutze. Wie auf dem folgenden Bild erkennbar gibt es einen inneren Kegel (''inner cone'') und einen äußeren Kegel (''outer cone''). Befinden wir uns außerhalb des äußeren Kegels erhalten wir die volle Lichtstärke, da der Occluder keine Auswirkungen hat. Innerhalb des inneren Kegels befinden wir uns dagegen vollständig im Schatten. Die dritte Möglichkeit ist eine Position innerhalb des äußeren aber außerhalb des inneren Kegels. Hier ist die Halbschattenzone die für den weichen Schatten sorgt.

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	=Shadername=		=Shadername=
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 ====Das "Drumherum"====
 Im wesentlichen gibt es zwei Dinge zu beachten:
-# Wann immer man geometrische Berechnungen durchführt muss man darauf achten das alle Punkte und Vektoren im gleichen Koordinatenraum vorliegen. Der hier vorgestellte Shader arbeitet im View-Space und erwartet daher auch die Daten der Lichtquelle und der Occluder-objekt im View-Space.<br>Liegen also z.B. die Koordinaten der Lichtquelle in Weltkoordinaten vor, müssen sie vor Übergabe an den Shader mit der View-Matrix (das was z.B. [[gluLookAt]] produziert) multipliziert werden.
+# Wann immer man geometrische Berechnungen durchführt muss man darauf achten das alle Punkte und Vektoren im gleichen Koordinatenraum vorliegen. Der hier vorgestellte Shader arbeitet im View-Space und erwartet daher auch die Daten der Lichtquelle und der Occluder-Objekte im View-Space.<br>Liegen also z.B. die Koordinaten der Lichtquelle in Weltkoordinaten vor, müssen sie vor Übergabe an den Shader mit der View-Matrix (das was z.B. [[gluLookAt]] produziert) multipliziert werden.
 # Die Anzahl der Occluder die an den Shader übergeben werden sollte so klein wie möglich sein. Aus diesem Grund sollte man Objekte ausschließen die sowieso keine Auswirkungen auf das gerade gerenderte Objekt haben. Wir müssen also Objekte ausschließen die vollständig außerhalb des äußeren Kegels liegen. Ein derartiger Test funktioniert zumindest für Kugeln ähnlich wie der den wir im Shader für einzelne Punkte machen. Hier addieren/subtraieren wir aber noch an geeigneter Stelle den Radius des getesteten Objektes. Letztlich vergleichen wir die Länge von <tt>|P-P'| - rP</tt> mit der Länge von <tt>rQ_outer</tt>. Dieser Ansatz ist zwar nicht exakt, meldet aber niemals ein Objekt außerhalb, wenn es eigentlich innerhalb liegt. Umgekehrt kann dies allerdings passieren, da eigentlich der Punkt <tt>Q</tt> geprüft wird.

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 ==Code==
 ====Vertexshader====
 Der Vertexshader ist nichts besonderes. Er transformiert einfach nur die Vertexposition sowie die Normale und gibt die Daten weiter. Dieser Shader ist im wesentlichen aus UltimateConquest übernommen. Daher werden hier Vertexattribute und Matrixuniforms selbst definiert. Sofern man noch mit OpenGL 2.x arbeitet kann man aber problemlos die dort verfügbaren eingebauten Uniforms und Attribute benutzen.

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 == Voraussetzungen ==
 Aufgrund der besonderen Funktionsweise funktioniert dieser Shader nur dann, wenn es sich bei sämtlichen Objekte in der Szene die einen Schatten werfen sollen um Kugeln handelt. Des weiteren muss innerhalb der Anwendung manuell berechnet werden welches Objekt auf welches andere Objekt einen Schatten wirft. Je mehr Objekte ein Schatten auf ein einzelnes Objekt werfen, desto langsamer wird das Verfahren.
 == Geometrie-Crashkurs ==

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      s = (-2*rF_inner) / (rF_outer - rF_inner);
 }</source>
 ==Code==