OpenGL 漫反射光照计算错误

Question

我有一个涉及旋转立方体和定向（漫射）光源的简单场景，但我似乎没有正确理解照明数学。

我从this教程的obj文件中加载顶点和法线：

我的一些应用代码：

glm::mat4 modelview = ...

glm::mat4 projection = glm::perspective(60.0f, 16.0f/9.0f, 0.1f, 100.0f);

glm::mat4 MVP = projection * modelview;
glm::mat3 NormalMatrix = glm::transpose(glm::inverse(glm::mat3(modelview)));

glUniformMatrix4fv(MVP_location, 1, GL_FALSE, &MVP[0][0]);
glUniformMatrix3fv(NormalMatrix_location, 1, GL_FALSE, &NormalMatrix[0][0]);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);

顶点着色器：

#version 430

in vec3 position;
in vec3 in_normal;
uniform mat4 MVP;
uniform mat3 NormalMatrix;

out vec3 Normal;
out vec4 Color;

void main()
{
    gl_Position = MVP * vec4(position, 1.0);

    Color = vec4(clamp(position, 0.0, 1.0), 1.0); //based on vertex position
    Normal = normalize(NormalMatrix * in_normal);
}

片段着色器：

#version 430

const vec3 Ambient = vec3(0.15, 0.15, 0.15);
const vec3 LightDirection = normalize(vec3(1.0, 0.0, 1.0));
const vec3 LightColor = vec3(1.0, 1.0, 1.0);

const float Shininess = 20.0;
const float Strength = 5.0;

in vec3 Normal;
in vec4 Color;

out vec4 FragColor;

void main()
{
    FragColor = Color;

    float diffuse = max(0.0, dot(Normal, LightDirection));

    vec3 scatteredLight = Ambient + LightColor * diffuse;

    vec3 rgb = min(FragColor.rgb * scatteredLight, vec3(1.0));

    FragColor = vec4(rgb, Color.a);
}

这是我得到的： my fail

知道我做错了什么吗？

Answer 1

让我详细说明一下 dari 的评论。

您的法线向量与从view*model 矩阵（在您的应用程序中称为modelview）派生的法线矩阵相乘。将顶点与模型矩阵相乘将它们从 local-space 转换为 world-space，并将 world-space 中的顶点与视图矩阵相乘以转换它们视图空间坐标。在您的情况下，您使用模型 和 视图矩阵转换了法线向量；这意味着您的法线向量在视图空间中（它们的方向，从观察者的角度来看：相机）。

现在，您在世界空间中指定了光的方向向量 LightDirection（它的方向就是您希望它在全球世界中的方向，对吧？无需使用模型矩阵以任何方式对其进行转换）。

在计算漫反射/镜面反射照明时，您希望您的方向/位置矢量都位于同一个坐标空间中，否则您在不同空间之间进行计算会产生奇怪的结果。由于您的 LightDirection 在 world-space 中，而您的 Normal 在 view-space 中，您会得到奇怪的结果。

因此，您需要做的是解决您的问题：

• 将LightDirection 与视图矩阵相乘，将其转换为视图空间（不是modelview，因为它包含模型和视图矩阵）。李>
• 或仅从模型矩阵（不是 modelview）计算您的法线矩阵，因此您的法线向量将像 LightDirection 目前一样在 世界空间 中结束。

重要的是两个向量都在同一个空间中（可以是世界或视图，无论你喜欢什么）。

请注意，这适用于当您想在物体静止时给人一种相机在移动的印象（允许您移动到物体的无光照侧）；请参阅下面的 Reto Koradi 的评论。