Schatten

• in bisherigen Beleuchtungsmodellen nicht berücksichtigt

  • alle Lichtquellen in RIchtung der Oberflächennormalen bisher als sichtbar angenommen
  • dadurch Beleuchtungsberechnung nur von aktuellem Polygon (Fragment) abhängig

• alle anderen Polygone müssen bekannt sein $\to$$\rightarrow$ Verdeckung

• Sichtbarkeitstest aufwändig und nicht direkt von OpenGL-Pipeline unterstützt

Planare Schatten

• Idee: Projektion des Objekts auf planare Ebene

  • z.B. durch Projektion auf Ebene $z=0$$z=0$
  • projiziertes Objekt schwarz malen

• Vorteile:

  • leichte Implementierung
  • schnelle Berechnung
  • zu beschleunigen, wenn verdecktes Objekt durch einfacheres approximiert wird

• Nachteile:

  • nur planare Empfängerflächen
  • keine Selbstverschattung

Planare Schatten mit ambientem Anteil

• damit ambienter Anteil im Schatten sichtbar bleibt, muss zweifach gerendert werden:

  1. diffuser und spekularer Anteil inkl. Schatten
  2. nur ambienter Anteil ohne Schatten

• alternativ: Projektion des verdeckenden Objektes in Textur rendern

  

Shadow Maps

1. Kamera in Lichtquelle setzen und z-Buffer in Textur (= Shadow Map) rendern
2. Shadow Maps aus sicht der Lichtquelle auf Objekte projizieren
3. pro Fragment echten Abstand mit Abstand aus Shadow Map vergleichen

• Shadow Map < echter Abstand = im Schatten (und umgekehrt)

• Vorteile:

  • beliebige Empfängerflächen
  • Selbstverschattung
  • relativ schnelle Berechnung

• Nachteile:

  • Aliasing an Schattenkanten
  • Shadow Bias szenenabhängig
  • zunächst nur für Strahler

• Erweiterungen:

  • Richtungslichtquelle: Cascaded Shadow Maps (CSM)
  • Punktlichtquelle: Omnidirectional Shadow Mapping

Shadow Bias

• Problem: Ungenauigkeiten beim Tiefenvergleich, weil

  • endliche Auflösung der Shadow Map
  • Rundungsfehler

• Lösung: kompensieren durch Shadow Bias / Polygon Offset / Depth Bias

  • Offset zu klein $\to$$\rightarrow$ Shadow Leaking
  • Offset zu groß $\to$$\rightarrow$ falsche Position der Schatten $\to$$\rightarrow$ Objekte scheinen zu fliegen