¿Qué es una sombra OpenGL®?

Una sombra de Open Graphics Library® (OpenGL®) es una aproximación visual en una escena tridimensional (3D) de OpenGL® de cómo se proyectaría una sombra en la vida real en condiciones de iluminación similares. Las sombras son una característica visual compleja para implementar en OpenGL®, en gran parte porque no hay soporte innato para proyectar sombras en una escena. En cambio, hay una variedad de técnicas que se pueden usar para crear sombras a partir de los objetos y la geometría dentro de una escena usando varias herramientas, como los diversos buffers, sombreadores y, en algunos casos, extensiones que dan acceso a funciones especiales en ciertos gráficos. tarjetas En la mayoría de los casos, la calidad, precisión y velocidad de la representación de sombras OpenGL® está directamente relacionada con la potencia de procesamiento y la memoria del hardware de gráficos presente en una computadora o dispositivo. Algunos de los métodos más populares para implementar una sombra OpenGL® incluyen volúmenes de sombra, mapeo de sombras y trazado de rayos.

Crear una aplicación que tenga soporte de sombra OpenGL® requiere conocimiento matemático y una comprensión profunda de cómo funciona OpenGL®. OpenGL® se usa principalmente para crear escenas 3D dinámicas y renderizadas en tiempo real, por lo que los algoritmos que se usan para crear sombras no solo deben optimizarse para la velocidad, sino que también deben medirse cuidadosamente para su consumo de recursos y cualquier interrupción que podría ser causado en la tubería de gráficos utilizada para el renderizado. Por estas razones, el método más básico para crear una sombra, llamado trazado de rayos, a menudo no es práctico para escenas 3D completas, ya que puede llevar mucho tiempo.

El trazado de rayos básicamente sigue una línea imaginaria, o rayo, desde el plano de visión o la posición de la cámara a través de una escena hasta la superficie de un objeto y luego calcula el color de la superficie en función de la posición de una o más fuentes de luz y otros factores. Durante el proceso de rasterización, donde la escena 3D se dibuja en una superficie bidimensional (2D) para que se pueda mostrar, el proceso de trazado de rayos debe realizarse en cada píxel que se está dibujando y, especialmente con texturas u otros Las propiedades de la superficie pueden necesitar evaluar los mismos píxeles varias veces. Esto significa el trazado de rayos en tiempo real, aunque representaría sombras con precisión, por lo general no es práctico.

Otro método que se puede usar para crear una sombra OpenGL® se conoce como mapeo de sombras. Este método utiliza el búfer de profundidad o plantilla para representar una escena desde el ángulo de la fuente de luz como una serie de distancias desde la fuente de luz hasta las superficies de diferentes objetos dentro de la escena. La escena se representa por segunda vez desde el ángulo de visión correcto, verificando si cada píxel cae dentro de un cierto rango de distancia dentro del búfer, lo que indica si el píxel está iluminado o sombreado. El uso de mapeo de sombras puede requerir mucha memoria y, con escenas que tienen más de una fuente de luz, puede implicar hacer múltiples mapas desde múltiples ángulos.

Los volúmenes de sombra son una forma de crear una sombra OpenGL® que es más precisa que algunos otros métodos, pero presenta sus propios problemas. Un volumen de sombra es esencialmente una pieza de geometría invisible en una escena que se expande desde la superficie iluminada de un objeto lejos de la fuente de luz. Este volumen se puede verificar con otros objetos para ver si están cayendo en la sombra de la superficie desde la que se originó el volumen. Este procedimiento puede ser muy complejo y, en última instancia, crear artefactos visuales cuando se optimiza para la velocidad.