如何在 OpenGL 中为 Phong 着色插入法线？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何在 OpenGL 中为 Phong 着色插入法线？

【英文标题】：How to interpolate normals for Phong shading in OpenGL?

【发布时间】：2016-06-28 08:26:34

【问题描述】：

目前，我正在实施良好的旧 Phong 着色。总体而言，它看起来很正确，但出现了一种常态，我无法解释。

如果不仔细看，Stanford Bunny 看起来很正确，我认为。

但在耳朵上，例如有一个奇怪的图案：

在这张图片中，我将法线可视化并提高了饱和度以使问题更加明显。

这是我的顶点着色器：

#version 330 core

layout (location = 0) in vec4 vPosition;
layout (location = 1) in vec3 vNormal;

out vec4 fWorldPosition;
smooth out vec3 fWorldNormalSmooth;

...    

void main() 
    fWorldNormalSmooth = normalize(NormalMatrix*vNormal);
    fWorldPosition = WorldMatrix*vPosition;
    gl_Position = ProjectionMatrix*ViewMatrix*WorldMatrix*vPosition;

这是我的片段着色器：

#version 330 core

smooth in vec3 fWorldNormalSmooth;
in vec4 fWorldPosition;

out vec4 color;

...    

vec4 shadePointLight(Material material, PointLight pointLight, vec3 worldPosition, vec3 worldNormal) 
    vec3 cameraPosition = wdiv(inverse(ViewMatrix)*vec4(0, 0, 0, 1));
    vec3 cameraDirection = normalize(cameraPosition - worldPosition);
    vec3 lightDirection = normalize(pointLight.position - worldPosition);
    vec3 reflectionDirection = reflect(-lightDirection, worldNormal);

    vec4 i_amb  = material.ambientReflection*pointLight.ambientColor;
    vec4 i_diff = max(0, dot(worldNormal, lightDirection))*material.diffuseReflection*pointLight.diffuseColor;
    vec4 i_spec = pow(max(0, dot(reflectionDirection, cameraDirection)), material.shininess)*material.specularReflection*pointLight.specularColor;

    float distance = length(pointLight.position - worldPosition);
    float d  = 1.0 / (pointLight.falloff.constant + pointLight.falloff.linear*distance + pointLight.falloff.quadratic*distance*distance);

    return i_amb + d*(i_diff + i_spec);


void main() 
    ...

    color = shadePointLight(material, pointLight, wdiv(fWorldPosition), normalize(fWorldNormalSmooth));

谁能解释一下这种行为？

【问题讨论】：

你如何计算你的法线？也许根本原因就在那里。

我正在使用模型中的法线，无需进一步计算。

我在你链接的 obj 中看不到法线。

这很不幸。我链接错了兔子。现在已经更正了。

【参考方案1】：

当在两个相同长度的向量之间进行线性插值时，就像在顶点和片段阶段之间发生的那样，结果向量的长度在两者之间会更短。在两个法线之间进行插值的数学上正确的方法是执行spherical linear interpolation (SLERP)，但是对于角度的微小变化，您可以简单地在 fragment 着色器中对插值法线向量进行归一化（即因为小角度近似sin(x) ≈ x 用于小x）。 编辑：对于更大的角度，需要通过适当的 SLERP 插值。

【讨论】：

我相信在这一行的片段着色器中已经完成了规范化：color = shadePointLight(material, pointLight, wdiv(fWorldPosition), normalize(fWorldNormalSmooth));

@Sunreef：啊，确实如此。没看到（剪辑在我屏幕的右边框）。