在 24 课中我们学习了使用阴影纹理技术来实现阴影效果，但是阴影纹理实现的效果不是特别好，阴影边缘出现了很多锯齿，就像下面图片中这样：
这一课中我们会介绍一个优化这个问题的方法，这个方法就是 PCF，这个算法核心就是对阴影纹理中当前像素的周围进行多次采样，并将当前像素的深度值分别与所有采样结果比较，通过对最后的结果求平均值，这样我们就使得阴影的边缘显得更加平滑，例如像下面这个阴影纹理：
每个格子里面都保存了其对应像素的深度值（从光源处渲染时）。为了简单起见，我们假设从相机处渲染场景时，场景中所有像素的深度值都是 0.5，。根据 24 课所介绍的算法，阴影纹理中深度值小于 0.5 的像素都应该是处于阴影中的，而阴影纹理中深度值大于或等于 0.5 的像素都能接受到光照，这样就会在阴影边缘产生很硬的锯齿。
现在考虑以下情况，当一个像素很靠近阴影边缘时，阴影纹理中这个像素周边的像素的深度值有的会比 0.5 小，有的则会大于等于 0.5。如果我们对这些附近的像素进行采样并对他们求平均，这样我们就能得到一个因子用于柔化阴影的边缘。当然我们并不知道到底哪些像素是处于阴影的边缘的，所以我们会对所有的像素都进行这样的处理。在这一课中我们会在每个像素周围采样 9 个像素点并对他们求平均。这将作为我们的阴影因子而不是我们在 24 课中使用的 0.5 或者 1.0。
现在让我们看一下 PCF 的实现源码，我们会在 24 课的基础上进行改进以实现这一课中的内容，你可以对前面的所讲的内容做一个简单回顾以方便这一课的学习。
| (lighting.fs:64) |
| uniform sampler2DShadow gShadowMap; |
| #define EPSILON 0.00001 |
| float CalcShadowFactor(vec4 LightSpacePos) |
| { |
| vec3 ProjCoords = LightSpacePos.xyz / LightSpacePos.w; |
| vec2 UVCoords; |
| UVCoords.x = 0.5 * ProjCoords.x + 0.5; |
| UVCoords.y = 0.5 * ProjCoords.y + 0.5; |
| float z = 0.5 * ProjCoords.z + 0.5; |
| float xOffset = 1.0/gMapSize.x; |
| float yOffset = 1.0/gMapSize.y; |
| float Factor = 0.0; |
| for (int y = -1 ; y <= 1 ; y++) { |
| for (int x = -1 ; x <= 1 ; x++) { |
| vec2 Offsets = vec2(x * xOffset, y * yOffset); |
| vec3 UVC = vec3(UVCoords + Offsets, z + EPSILON); |
| Factor += texture(gShadowMap, UVC); |
| } |
| } |
| return (0.5 + (Factor / 18.0)); |
| } |
之后我们在一个 for 循环中计算出所需要的每个纹素的偏移量，这个循环中的最后两行看起来可能就有点奇怪了。我们使用一个包含 3 个分量（UVC）的向量从阴影纹理中进行采样而不是两个分量。这个向量的最后一个分量包含了当前像素相对与光源的 Z 值，在 24 课中我们手动的将这个值和阴影纹理中的采样的值进行比较（我们对 Z 值加了一个精度值避免 Z 冲突）。这里主要的变化就是我们定义的 gShadowMap 变量是 sampler2DShadow 类型而不是 sampler2D 类型，当我们使用阴影类型的采样器时（sampler1DShadow, sampler2DShadow 等）GPU 会在采样得到的纹素值和我们提供的纹理坐标的最后一个分量之间进行一个比较，如果失败则返回结果为 0，如果比较成功就返回 1。这个比较操作可以通过 GL API 进行配置而不是在 GLSL 中进行设置，后面我会介绍它的设置。到目前为止我们只需要假设如果像素处于阴影中我们就获得 0， 否则就返回 1。我们将 9 个返回值累加在一起并除以 18，这样我们就会得到一个位于 0 到 0.5 之间的值，之后我们再加上 0.5 就得到了最终的阴影因子。
| (shadow_map_fbo.cpp:39) |
| bool ShadowMapFBO::Init(unsigned int WindowWidth, unsigned int WindowHeight) |
| { |
| // Create the FBO |
| glGenFramebuffers(1, &m_fbo); |
| // Create the depth buffer |
| glGenTextures(1, &m_shadowMap); |
| glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_shadowMap); |
| glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_DEPTH_COMPONENT32, WindowWidth, WindowHeight, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, NULL); |
| glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR); |
| glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); |
| glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_COMPARE_MODE, GL_COMPARE_REF_TO_TEXTURE); |
| glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_COMPARE_FUNC, GL_LEQUAL); |
| glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE); |
| glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE); |
| glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, m_fbo); |
| glFramebufferTexture2D(GL_DRAW_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_2D, m_shadowMap, 0); |
| // Disable writes to the color buffer |
| glDrawBuffer(GL_NONE); |
| // Disable reads from the color buffer |
| glReadBuffer(GL_NONE); |
| GLenum Status = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER); |
| if (Status != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) { |
| printf("FB error, status: 0x%x\n", Status); |
| return false; |
| } |
| return true; |
| } |
| (tutorial42.cpp:174) |
| void ShadowMapPass() |
| { |
| glCullFace(GL_FRONT); |
| ... |
| } |
| void RenderPass() |
| { |
| glCullFace(GL_BACK); |
| ... |
| } |
