OpenGL 可编程管线 基础光照 的实现

Posted 2020-09-16 松阳

在OpenGL中创建 基础光照 ，主要的工作将模型中的法线信息和法线空间运算矩阵传入到shader中。另一方面，LightDir,ViewDir通常是在shader中从引擎参数获取的，为了简化光照模型的实现，这里我们可以在shader中写死。至于经典的 ambient+diffuse+specular 光照原理，不是本文的重点，就在shader中一笔带过了。

原理

通过函数

glm::mat4 normalMatrix = glm::inverseTranspose(s_shaderData.model);

可以获取当前模型的法线矩阵。用来将法线信息从模型坐标转换为世界坐标。这个矩阵是随着模型的Transform改变而改变的，因此需要在Render时动态计算。

实现

在 基础光照 中，数据传递没什么特殊的，将Normal信息作为attribute传递到shader,将NormalMatrix作为uniform传递到shader。

//normalmatrix
glm::mat4 normalMatrix = glm::inverseTranspose(s_shaderData.model)
glUniformMatrix4fv(s_shaderData.NMLocation,1,GL_FALSE,glm::value_ptr(normalMatrix))

// normal
glEnableVertexAttribArray(s_shaderData.normalLocation);
glVertexAttribPointer(s_shaderData.normalLocation, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(VertexData), (void*)(sizeof(float)*5)); 

vs中首先将法线转置到世界坐标，然后将其传递给fs。

//vs
attribute vec3 pos;
attribute vec2 texcoord;
attribute vec3 normal;

uniform mat4 M;
uniform mat4 V;
uniform mat4 P;
uniform mat4 NM;

varying vec3 V_Normal;
varying vec3 V_WorldPos;

void main()
{
    V_Normal = mat3(NM)*normal;
    V_WorldPos = M * vec4(pos,1.0);
    gl_Position=P*V*M*vec4(pos,1.0);
}

在fs中使用经典的pong公式做个最简单的效果。

varying vec3 V_Normal;
varying vec3 V_WorldPos;

void main()
{
    vec3 lightPos = vec3(10.0,10.0,0.0);
    vec3 L = lightPos;

    L = normalize(L);
    vec3 n = normalize(V_Normal);

    //ambient
    vec4 AmbientLightColor = vec4(0.2,0.2,0.2,1.0);
    vec4 AmbientMaterial = vec4(0.2,0.2,0.2,1.0);
    vec4 ambientColor = AmbientLightColor * AmbientMaterial;
    
    //diffuse
    vec4 DiffuseLightColor = vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);
    vec4 DiffuseMaterial = vec4(0.8,0.8,0.8,1.0);
    vec4 diffuseColor = DiffuseLightColor * DiffuseMaterial * max(0.0,dot(L,n));

    //specular
    vec3 reflectDir = normalize(reflect(-L,n));
    vec3 viewDir = normalize(vec3(0.0)-V_WorldPos.xyz);
    vec4 SpecularLightColor = vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);
    vec4 SpecularMaterial = vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);
    vec4 specularColor = SpecularLightColor*SpecularMaterial*pow(max(0.0,dot(viewDir,reflectDir)),128);

    gl_FragColor= ambientColor+diffuseColor+specularColor;
}

另外需要注意的是，有光照的模型通常需要打开深度测试，也需要记得将深度缓存清空。

//Open test
glEnable(GL_DEPTH_TEST);

//when render
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

总结

通过上面的代码，搭建基本框架。可以实现 基础光照 模型。如果需要添加其他参数效果，则需要增加Uniform传递的参数了。

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