4. Point Shadow Mapping

참고

https://learnopengl.com/Advanced-Lighting/Shadows/Point-Shadows
https://www.gamedev.net/forums/topic/659535-cubemap-texture-as-depth-buffer-shadowmapping/
https://gamedev.net/forums/topic/674787-cubemap-depth-sample/5271471/

 

지난 번에 만들었던 Shadow Mapping 기술의 그림자는 directional lights에 적합한 기술이었다. 왜냐하면 그림자가 오직 light가 진행하는 방향에서만 발생하기 때문이었다. 그 이유는 빛의 시점을 이용해서 그림자를 그렸기 때문이다.

Point Shadows

해당 기술은 지난번 만들었던 것과 대부분이 비슷하다. 빛의 원근 투영 시점으로 depth map을 만들고 depth map과 빛 시점에서 물체의 깊이 값을 비교해서 그림자가 생기는지 안생기는지 파악한다.

가장 큰 차이는 depth map이다. 해당 그림자를 그리기 위해서는 모든 방향에 대한 deptp map이 필요로 하다. 해당 기술은 2D형태의 depth map에서 작동하지 않는다. 따라서, cubemap의 형태로 만들어야 한다. 왜냐하면 cubemap은 육면체의 형태로 모든 방향을 포함하고 있기 때문이다.

그렇다면, depth cubemap 어떻게 만들어야 할까

depth cubemap을 만들기 위해서는 말 그대로, 6번 scene을 렌더링해야한다. 하지만 이 방법은 비용이 많이 들기 때문에 단한번의 render pass로 cube map을 만들 수 있는 geometry shader를 이용하게 된다.

depth cubemap을 만들기 위해서 Teuxture2D buffer, DSV, SRV의 Description을 수정해줄 필요가 있다. 왜냐하면, 일반적인 2D화면이 아닌 큐브맵 형태의 2D 이미지를 완성해야하고 이 이미지를 완성하기 위해서 geometry shader를 이용하기 때문이다.

해당 설정들은 참고에 올린 주소들을 통해 작성하였다.

• Texture2D에서 기존과의 특이점은 MiscFlags : TEXTURECUBE, ArraySize = 6가 있다. 기본적으로 큐브맵의 형태를 가지고 있으므로 array 6개 필요하다.
• DSV에서 기존과 다른 점으로 큐브맵 형태의 Texture2D를 DSV를 통해 연결하기 위해서 Texture2DArray를 통해서 진행하였다. 이렇게 하면 하나의 DSV를 통해서 큐브맵 TextureCube에 바인딩이 가능하다.
• SRV의 경우, 비교적 간단하다. ViewDimension을 TextureCube로 선언해주면 된다.

desc.Format = DXGI_FORMAT_R32_TYPELESS;
desc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL | D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE;
desc.SampleDesc.Count = 1;
desc.SampleDesc.Quality = 0;
desc.Width = m_shadowWidth;
desc.Height = m_shadowHeight
desc.MiscFlags = D3D11_RESOURCE_MISC_TEXTURECUBE;
desc.ArraySize = 6;
ThrowIfFailed(m_device->CreateTexture2D(
  &desc, NULL, m_shadowCubeBuffers.GetAddressOf()));

dsvDesc.Format = DXGI_FORMAT_D32_FLOAT;
dsvDesc.ViewDimension = D3D11_DSV_DIMENSION_TEXTURE2DARRAY;
dsvDesc.Texture2DArray.ArraySize = 6;
dsvDesc.Texture2DArray.FirstArraySlice = 0;
dsvDesc.Texture2DArray.MipSlice = 0;
dsvDesc.Flags = 0;
ThrowIfFailed(m_device->CreateDepthStencilView(
m_shadowCubeBuffers.Get(), &dsvDesc, m_shadowCubeDSVs.GetAddressOf()));

srvDesc.Format = DXGI_FORMAT_R32_FLOAT;
srvDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURECUBE;
srvDesc.TextureCube.MostDetailedMip = 0;
srvDesc.TextureCube.MipLevels = 1;
ThrowIfFailed(m_device->CreateShaderResourceView(
m_shadowCubeBuffers.Get(), &srvDesc, m_shadowCubeSRVs.GetAddressOf()));

 

이렇게 설정들을 바꿔준 후, GS로 보내어서 큐브맵 형태의 텍스쳐를 만드는 것이다.

```cpp
#include "Common.hlsli"
cbuffer MeshConstants : register(b0)
{
    matrix world;
    matrix worldIT;
    int useHeightMap;
    float heightScale;
    float2 dummy;
};

cbuffer ShadowLightTransform : register(b3)
{
    matrix shadowViewProj[6];
}

struct VSToGS
{
    float4 posWorld : SV_Position;
    float2 texcoord : TEXCOORD0;
};

struct GSToPS
{
    float4 posProj : SV_POSITION;
    float3 fragPos : POSITION0;
    float2 texcoord : TEXCOORD0;
    uint layer : SV_RenderTargetArrayIndex;
};

[maxvertexcount(18)]
void main(
    triangle VSToGS input[3],
    inout TriangleStream<GSToPS> triStream
)
{
    for (int face = 0; face < 6; ++face)
    {
        GSToPS output;
        output.layer = face;
        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            output.fragPos = input[i].posWorld;
            output.posProj = mul(input[i].posWorld, shadowViewProj[face]);
            output.texcoord = input[i].texcoord;
            triStream.Append(output);
        }
        triStream.RestartStrip();
    }
}

그림자 그리기

큐브맵을 만들어 준 뒤에 그림자를 그리는 과정은 매우 유사하다. TextureCube를 PS에 바인딩 한 후 깊이 값을 읽어서 현재 깊이 값과 비교해 그림자가 생기는지 생기지 않는지 파악하는 것이다.

            float3 fragToLight = posWorld - light.position;
            float currentDepth = CalcDepthInShadow(fragToLight, 0.5, 1.0);
            float curDepth = length(fragToLight);
            fragToLight = normalize(fragToLight);
            float closestDepth = shadowCubeMap.Sample(shadowPointSampler, fragToLight).r;
            closestDepth *= 4.0f; 

            float bias = max(0.005 * (1.0 - dot(normalize(posWorld - light.position), fragToLight)), 0.005);
            shadow = curDepth - bias > closestDepth ? 1.0 : 0.0;

 

현재 그리고 있는 물체와 빛의 위치를 통해 빛에서 물체의 거리 벡터를 도출 한 후, 해당 벡터의 길이를 구해 깊이 값을 찾는다. 해당 깊이 값은 범위는 [0, 1]이기 때문에 실제 깊이 값과 비교를 위해서 *= farPlane을 해준다.

발생한 문제점들

1. 나의 경우에는 여기서 문제점이 발생하였는데, 그림자의 ViewFrustum을 만들 때, [1.0, Far] 이런 식이 아니라 [0.1, Far] 이런 식으로 작성하였고 Far값이 커질 수록 DSV 자체에서 [0, 1]로 정규화하는 과정에서 생기는 오차가 커진다. 이로 인해 생각대로 그림자가 그려지지 않는 현상이 발생하였다.

 

2. [1.0, FAR]로 설정해주고 FAR값을 그리 크게 설정하지 않으면 문제는 어느정도 해결 된다. 아쉬운 점은 ViewFrustum의 near값이 커지면서 조명과 물체가 가까워졌을 때 물체의 앞면을 제대로 인식하지 못해 그림자가 이상해지는 현상이 발생한다는 점이다.

 

완성 시 아래 처럼 그림자가 출력되는 것을 확인할 수 있었다.