Add PCF shadows

cw 9/grk-cw9.vcxproj

@@ -41,6 +41,8 @@
     <None Include="shaders\shader_9_1.vert" />
     <None Include="shaders\shader_8_sun.frag" />
     <None Include="shaders\shader_8_sun.vert" />
+    <None Include="shaders\shader_depth.frag" />
+    <None Include="shaders\shader_depth.vert" />
     <None Include="shaders\test.frag" />
     <None Include="shaders\test.vert" />
   </ItemGroup>

cw 9/grk-cw9.vcxproj.filters

@@ -109,5 +109,11 @@
     <None Include="shaders\test.vert">
       <Filter>Shader Files</Filter>
     </None>
+    <None Include="shaders\shader_depth.frag">
+      <Filter>Shader Files</Filter>
+    </None>
+    <None Include="shaders\shader_depth.vert">
+      <Filter>Shader Files</Filter>
+    </None>
   </ItemGroup>
 </Project>

cw 9/shaders/shader_9_1.frag

@@ -1,4 +1,4 @@
-#version 430 core
+#version 430 core
 
 float AMBIENT = 0.03;
 float PI = 3.14;
@@ -38,6 +38,25 @@ in vec3 sunDirTS;
 
 in vec3 test;
 
+// wektor przechowujący punkt widzenia światła
+in vec4 sunSpacePos;
+
+// mapa przechowująca wartość cieni
+uniform sampler2D shadowMap;
+
+// zmienne przechowujące szerokość i wysokość mapy cieni
+uniform float shadowMapWidth;
+uniform float shadowMapHeight;
+
+// zmienne do PCF - Percentage Closer Filtering
+
+// promień pixeli - np. 2 oznacza badanie na szerokość 5 bo 2 + 1 + 2
+const int pcfCount = 8;
+
+// ilość wszystkich pixeli - (2 * promień + 1) ^ 2
+const float totalTexels = (pcfCount * 2.0 + 1.0) * (pcfCount * 2.0 + 1.0);
+
+
 float DistributionGGX(vec3 normal, vec3 H, float roughness){
     float a      = roughness*roughness;
     float a2     = a*a;
@@ -98,6 +117,41 @@ vec3 PBRLight(vec3 lightDir, vec3 radiance, vec3 normal, vec3 V){
 	return (kD * color / PI + specular) * radiance * NdotL;
 }
 
+// metoda obliczająca cień za pomocą PCF
+
+float calculateShadow(vec4 lightPos, sampler2D Shadow_Map){
+    // ujednorodnienie pozycji światła
+    vec3 _lightPos = lightPos.xyz/lightPos.w;
+
+    // skalowanie z wartości (-1, 1) do wartości (0, 1)
+    _lightPos = _lightPos * 0.5 + 0.5;
+
+    // ustalenie wielości texeli
+    double TexelWidth = 1.0/shadowMapWidth;
+    double TexelHeight = 1.0/shadowMapHeight;
+
+    vec2 TexelSize = vec2(TexelWidth, TexelHeight);
+
+    // zmienna przechowująca wartość cienia
+    float shadowSum = 0.0;
+
+    // algorytm PCF
+    for (int y = -pcfCount ; y <= pcfCount ; y++) {
+        for (int x = -pcfCount ; x <= pcfCount ; x++) {
+            // liczymi wartości (x, y) z przesunięciem
+            vec2 Offset = vec2(x, y) * TexelSize;
+
+            // sprawdzenie wartości z dpeth map oraz przypisanie odpowiedniej wartości dla shadow
+            float shadow = _lightPos.z > texture(Shadow_Map, _lightPos.xy + Offset).r + 0.001 ? 1.0 : 0.0;
+
+            // dodanie wartości do shadow
+            shadowSum += shadow;
+        }
+    }
+
+    // zwrócenie średniej wartości cieni z wszystkich pixeli wokół
+    return ((shadowSum/totalTexels)/lightPos.w);
+}
 
 void main()
 {
@@ -125,9 +179,12 @@ void main()
 	attenuatedlightColor = angle_atenuation*spotlightColor/pow(length(spotlightPos-worldPos),2);
 	ilumination=ilumination+PBRLight(spotlightDir,attenuatedlightColor,normal,viewDir);
 
-	//sun
+    // obliczanie cienia
-	ilumination=ilumination+PBRLight(sunDir,sunColor,normal,viewDir);
+    float shadow = calculateShadow(sunSpacePos, shadowMap);
 
+	//sun
+    // zaaplikowanie cienia do koloru światła.
+	ilumination = ilumination + PBRLight(sunDir,sunColor * (1.0 - shadow), normal, viewDir);
     
 	outColor = vec4(vec3(1.0) - exp(-ilumination*exposition),1);
 	//outColor = vec4(roughness,metallic,0,1);

cw 9/shaders/shader_9_1.vert

@@ -1,4 +1,4 @@
-#version 430 core
+#version 430 core
 
 layout(location = 0) in vec3 vertexPosition;
 layout(location = 1) in vec3 vertexNormal;
@@ -8,6 +8,7 @@ layout(location = 4) in vec3 vertexBitangent;
 
 uniform mat4 transformation;
 uniform mat4 modelMatrix;
+uniform mat4 lightVP;
 
 out vec3 vecNormal;
 out vec3 worldPos;
@@ -22,6 +23,9 @@ out vec3 lightDirTS;
 out vec3 spotlightDirTS;
 out vec3 sunDirTS;
 
+out vec4 sunSpacePos;
+
+
 void main()
 {
 	worldPos = (modelMatrix* vec4(vertexPosition,1)).xyz;
@@ -40,4 +44,7 @@ void main()
 	spotlightDirTS = TBN*SL;
 	sunDirTS = TBN*sunDir;
 
+	// przeliczanie pozycji światła
+	sunSpacePos = lightVP * modelMatrix * vec4(vertexPosition, 1);
+
 }

cw 9/shaders/shader_depth.frag

@@ -0,0 +1,5 @@
+#version 430 core
+
+void main()
+{             
+}  

cw 9/shaders/shader_depth.vert

@@ -0,0 +1,13 @@
+#version 430 core
+
+layout(location = 0) in vec3 vertexPosition;
+layout(location = 1) in vec3 vertexNormal;
+layout(location = 2) in vec2 vertexTexCoord;
+
+uniform mat4 viewProjectionMatrix;
+uniform mat4 modelMatrix;
+
+void main()
+{
+	gl_Position = viewProjectionMatrix * modelMatrix * vec4(vertexPosition, 1.0);
+}

cw 9/src/ex_9_1.hpp

@@ -43,6 +43,7 @@ GLuint program;
 GLuint programSun;
 GLuint programTest;
 GLuint programTex;
+GLuint programDepth;
 
 Core::Shader_Loader shaderLoader;
 
@@ -53,6 +54,10 @@ glm::vec3 sunPos = glm::vec3(-4.740971f, 2.149999f, 0.369280f);
 glm::vec3 sunDir = glm::vec3(-0.93633f, 0.351106, 0.003226f);
 glm::vec3 sunColor = glm::vec3(0.9f, 0.9f, 0.7f)*5;
 
+// macierz light view point - punkt widzenia światła
+glm::mat4 lightVP = glm::ortho(-4.f, 2.5f, -2.f, 5.f, 1.0f, 30.0f) * glm::lookAt(sunPos, sunPos - sunDir, glm::vec3(0, 1, 0));
+
+
 glm::vec3 cameraPos = glm::vec3(0.479490f, 1.250000f, -2.124680f);
 glm::vec3 cameraDir = glm::vec3(-0.354510f, 0.000000f, 0.935054f);
 
@@ -151,19 +156,76 @@ void drawObjectPBR(Core::RenderContext& context, glm::mat4 modelMatrix, glm::vec
 	glUniform3f(glGetUniformLocation(program, "spotlightPos"), spotlightPos.x, spotlightPos.y, spotlightPos.z);
 	glUniform3f(glGetUniformLocation(program, "spotlightColor"), spotlightColor.x, spotlightColor.y, spotlightColor.z);
 	glUniform1f(glGetUniformLocation(program, "spotlightPhi"), spotlightPhi);
+
+
+	glUniform1f(glGetUniformLocation(program, "shadowMapWidth"), SHADOW_WIDTH);
+	glUniform1f(glGetUniformLocation(program, "shadowMapHeight"), SHADOW_HEIGHT);
+
+	glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
+	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, depthMap);
+	glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(program, "lightVP"), 1, GL_FALSE, (float*)&lightVP);
+
 	Core::DrawContext(context);
 
 }
 
-void renderShadowapSun() {
+
+// metoda inicjalizująca mapę głębokości
+void initDepthMap() {
+	glGenFramebuffers(1, &depthMapFBO);
+
+	glGenTextures(1, &depthMap);
+	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, depthMap);
+	glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_DEPTH_COMPONENT,
+		SHADOW_WIDTH, SHADOW_HEIGHT, 0, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, NULL);
+	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
+	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
+	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
+	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
+
+
+	glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, depthMapFBO);
+	glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_2D, depthMap, 0);
+	glDrawBuffer(GL_NONE);
+	glReadBuffer(GL_NONE);
+	glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
+}
+
+// metoda renderująca obiekt na mapie głębokości
+void drawObjectDepth(Core::RenderContext& context, glm::mat4 modelMatrix, glm::mat4 viewProjectionMatrix) {
+	glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(programDepth, "modelMatrix"), 1, GL_FALSE, (float*)&modelMatrix);
+	glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(programDepth, "viewProjectionMatrix"), 1, GL_FALSE, (float*)&viewProjectionMatrix);
+	Core::DrawContext(context);
+}
+
+// renderowanie mapy głębokości
+void renderShadowapSun(glm::mat4 lightViewPointMatrix) {
 	float time = glfwGetTime();
 	glViewport(0, 0, SHADOW_WIDTH, SHADOW_HEIGHT);
-	//uzupelnij o renderowanie glebokosci do tekstury
-
-
 
+	//ustawianie przestrzeni rysowania 
+	glViewport(0, 0, SHADOW_WIDTH, SHADOW_HEIGHT);
+	//bindowanie FBO
+	glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, depthMapFBO);
+	//czyszczenie mapy głębokości 
+	glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
+	//ustawianie programu depth
+	glUseProgram(programDepth);
 
+	// umieszczenie w mapie wszystkich modeli które mają rzucać cień
+	drawObjectDepth(models::bedContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::chairContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::deskContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::doorContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::drawerContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::marbleBustContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::materaceContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::pencilsContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::planeContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::roomContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
+	drawObjectDepth(models::windowContext, glm::mat4(), lightViewPointMatrix);
 
+	glUseProgram(0);
 
 	glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
 	glViewport(0, 0, WIDTH, HEIGHT);
@@ -175,7 +237,9 @@ void renderScene(GLFWwindow* window)
 	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 	float time = glfwGetTime();
 	updateDeltaTime(time);
-	renderShadowapSun();
+
+	// wywołanie funkcji renderowania depth mapy
+	renderShadowapSun(lightVP);
 
 	//space lamp
 	glUseProgram(programSun);
@@ -265,10 +329,16 @@ void init(GLFWwindow* window)
 {
 	glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
 
+	// enable testowania mapy głębokości
 	glEnable(GL_DEPTH_TEST);
+
+
 	program = shaderLoader.CreateProgram("shaders/shader_9_1.vert", "shaders/shader_9_1.frag");
 	programTest = shaderLoader.CreateProgram("shaders/test.vert", "shaders/test.frag");
 	programSun = shaderLoader.CreateProgram("shaders/shader_8_sun.vert", "shaders/shader_8_sun.frag");
+	
+	// program odpowiadający za generowanie mapy głębokości
+	programDepth = shaderLoader.CreateProgram("shaders/shader_depth.vert", "shaders/shader_depth.frag");
 
 	loadModelToContext("./models/sphere.obj", sphereContext);
 	loadModelToContext("./models/spaceship.obj", shipContext);
@@ -289,6 +359,9 @@ void init(GLFWwindow* window)
 	loadModelToContext("./models/window.obj", models::windowContext);
 	loadModelToContext("./models/test.obj", models::testContext);
 
+	// inicjalizacja mapy głębokości
+	initDepthMap();
+
 }
 
 void shutdown(GLFWwindow* window)