顶点着色器或片段着色器中的 OpenGL ES2.0 光照答案

【问题标题】：OpenGL ES2.0 Lighting in the vertex shader or fragment shader顶点着色器或片段着色器中的 OpenGL ES2.0 光照
【发布时间】：2014-08-25 00:32:40
【问题描述】：

我看过很多关于 OpenGL ES2.0 照明的不同教程。

有些人使用顶点着色器来完成所有的光照和变换，然后将最终颜色传递给片段着色器。

其他人从顶点着色器传递位置和其他变量，然后在片段着色器中完成所有照明。

根据我的经验，我一直认为应该在片段着色器中完成光照。谁能告诉我为什么一个比另一个？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

传统的、固定管线的 OpenGL 在顶点处进行光照，并且仅对每个片段进行插值。所以它往往会沿着边缘显示出可见的接缝：

然而，这被认为是一个可以接受的折衷方案，因为照明太成本太高而无法按像素进行。现在硬件更好了，但每个像素的照明仍然更多昂贵。所以我想那里有一个潜在的争论。另外我猜如果你试图模拟旧的固定管道，你可能会故意不准确地进行照明。

但是，我很难想出任何可以接受的特别复杂的算法。您看到的示例是否可能只是在做一些事情，比如计算每个顶点的切线和余切向量，或者其他类似的昂贵步骤，然后对每个像素进行插值并在那里进行绝对的最终计算？

【讨论】：

感谢汤米的回答，我开始认为这些教程中的大多数来自那些设法让照明工作的人，然后假设他们可以用糟糕的解释来教它。汤米，如果您有照明知识，请看我的另一个问题。 stackoverflow.com/questions/25413164/…，我可以朝正确的方向推进
那个茶壶看起来很奇怪。肯定有问题，但它看起来不像是正确应用逐顶点光照的结果。如果您查看最前面的两个四边形（？），沿其边缘的接缝看起来比内部更亮。如果颜色被正确插值，我想不出为什么多边形的内部应该比它的所有边缘都暗。
你确定你不只是看到马赫乐队吗？就像image.wikifoundry.com/image/1/6aca00oQDQX3y9pBVU4Qcg37385/… — 方形渐变上的对角线不是更亮，但似乎总是更亮。这里的边缘就像对角线一样。
可能它只是一个可见的工件。我正在使用的笔记本电脑的屏幕也很差，实际上根据我看屏幕的角度不同，它看起来也大不相同。

【解决方案2】：

照明计算可能相当昂贵。由于在渲染典型模型时片段比顶点多得多，因此在顶点着色器中进行光照计算并在片段中插入结果通常更有效。除了纯粹的着色器执行次数之外，在片段着色器中执行典型的光照计算也可能需要更多操作，因为插值法线需要重新归一化，这需要相对昂贵的sqrt 操作。

逐顶点光照的缺点是，如果光照值在表面上快速变化，它的效果会很差。这很有意义，因为这些值是跨三角形线性插值的。如果所需值在三角形上没有近似线性变化，则会引入伪影。

典型的例子是镜面高光。如果您定义具有相对尖锐/较小的镜面高光的闪亮材质，您可以轻松地看到高光的亮度在对象动画时发生变化。看起来高光似乎在物体上“徘徊”。例如，如果您旋转一个带有高光围绕其中心的球体，则高光应该保持完全相同。但是使用逐顶点光照时，高光的亮度会增加和减少，并且会轻微晃动。

有两种主要方法可以避免这些影响，或者至少将它们降低到它们看起来不再令人不安的水平：

需要根据具体情况决定哪种解决方案更好。当然，使用更精细的细分会增加几何处理方面的开销，而使用逐片段照明会增加片段着色器的开销。

当您想要应用凹凸贴图等效果时，逐顶点光照会变得更加成问题，其中光照值在整个表面上变化非常快。在这些情况下，几乎无法使用逐片段照明。

我看到有人建议 GPU 速度如此之快，以至于不应再使用逐顶点光照。我认为这是一个严重的简化。即使您可以通过按片段照明获得所需的性能，但如今大多数计算机/设备都是电池供电的。为了节能，尽可能提高渲染效率与以往一样重要。而且我相信仍有一些用例表明逐顶点光照是最有效的方法。

【讨论】：

我想现在的权衡也与十年或更早之前像素着色器出现时有很大不同。如果您谈论的是像手机这样的设备，那么您会得到一个一个小区域中的大量像素——在某些情况下为 400、500 dpi——并且随着几何处理的速度越来越快，多边形变得更小了。加上几何着色器（虽然尚未在移动设备上），您可以选择在运行时将逐顶点光照作为考虑因素。