在现代 OpenGL 中计算每个片段的法线答案

【问题标题】：Calculate per-fragment normals for light in modern OpenGL在现代 OpenGL 中计算每个片段的法线
【发布时间】：2015-03-02 18:47:56
【问题描述】：

我想知道如何计算每个片段的法线以便能够为场景添加光！

我读取了从 libnoise 库生成的纹理 - http://libnoise.sourceforge.net，并通过计算几何着色器中的内容来创建地形，如下所示

地形看起来不错，但没有闪电..

我的代码如下所示：

const int TOTAL = (TERRAIN_WIDTH*TERRAIN_DEPTH);
const int TOTAL_INDICES = TOTAL*3*3;
glm::vec3 vertices[TOTAL];
GLuint indices[TOTAL_INDICES];

//...

int count = 0;
GLuint* id=&indices[0];
// Set up Geometry for terrain
for(int j = 0; j < TERRAIN_DEPTH; j++) {
    for(int i = 0; i < TERRAIN_WIDTH; i++) {

    //So I want to calculate position and normal here <-----
    vertices[count] = glm::vec3((float(i)/(TERRAIN_WIDTH-1)), 1.0,(float(j)/(TERRAIN_DEPTH-1)));
    count++;
    }
}

for (int i = 0; i < TERRAIN_DEPTH-1; i++) {
    for (int j = 0; j < TERRAIN_WIDTH-1; j++) {
        int i0 = j+ i*TERRAIN_WIDTH;
        int i1 = i0+1;
        int i2 = i0+TERRAIN_WIDTH;
        int i3 = i2+1;

        *id++ = i0; 
        *id++ = i2; 
        *id++ = i1; 
        *id++ = i1; 
        *id++ = i2; 
        *id++ = i3; 
    }    
}

...

GLubyte *pData = SOIL_load_image(filename, &textureWidth, 
                            &textureHeight, &channels, SOIL_LOAD_L);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferObject);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices) , &vertices[0], GL_STATIC_DRAW);

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, elementArrayObject);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), &indices[0], GL_STATIC_DRAW);

glGenTextures(1, &heightMapTextureID);
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, heightMapTextureID);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RED, textureWidth, textureHeight, 0, GL_RED, GL_UNSIGNED_BYTE, pData);

几何着色器：

layout (triangles) in;
layout (triangle_strip, max_vertices=9) out; 

uniform sampler2D heightMapTexture;
uniform mat4 projection;
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;


void main()
{
    for(int i=0;i<gl_in.length(); i++) {
        vec4 position = gl_in[i].gl_Position;

        float height = texture(heightMapTexture, position.xz).r;
        vec2 xz = (position.xz*50); // the multiplication will decide how big the terrain will be
        gl_Position =  (projection * view * model) * vec4(xz.x,height*5,xz.y , 1.0);            
        EmitVertex();
    }
    EndPrimitive();
}

我的顶点和片段着色器是最基础的。

#version 330 core
layout(location = 0) out vec4 finalColor;

void main()
{   
    finalColor = vec4(vec3(1,1,1), 1.0f);
}

顶点：

#version 330 core
//inputs
layout(location = 0)in vec3 position;

void main()
{
    gl_Position =  vec4(position, 1.0f);
}

有人可以帮助我吗？

【问题讨论】：

计算每个片段法线的最简单方法是在片段着色器中取gl_FragCoord 的偏导数的叉积。这将使您获得屏幕空间法线。这是讨论here。不过，这些法线将是平坦的，所以我不知道这是否是您想要的？那就是使用视图空间法线，这需要插入一个额外的每个顶点属性。 我不确定您的应用程序需要哪个坐标空间法线。

标签： c++ opengl fragment-shader geometry-shader

【解决方案1】：

在将几何体传递到地形之前，您应该计算几何体的法线。我会说现在要付出更多的努力，但是最好为地形 CPU 端生成所有数据，然后将其传递给显卡。问题是一个片段没有关于下一个片段或前一个片段的信息。

您应该传递您的法线顶点数据以及法线和颜色（或纹理，或两者都没有），然后使用它在 GPU 上进行计算。

问题是，是的，您可以在 GeometryShader 中生成几何体，但是您将无法获得平滑的光照，因为您只能为面部计算一个法线。

总之：

1.) 在 CPU 上生成几何图形并将其存储在那里。

2.) 遍历每个顶点并计算其法线。要计算它的法线，您将取所有相邻面或向量的法线，然后将它们相加并取平均值。

3.) 将此数据传递到您的着色器管道。

4.) 根据您的所有输入计算您的照明模型（大概是 phong）。

这也意味着您不必在每一帧都生成几何图形，如果您的地形或世界变得更大，这可能会变得非常昂贵。

【讨论】：