在 GLSL 中让相机正常

Posted 2023-02-22

【中文标题】在 GLSL 中让相机正常

【英文标题】：Get the camera normal in GLSL

【发布时间】：2015-11-08 10:13:41

【问题描述】：

我有一个 OpenGL 场景，我在其中查看这样的对象：

gluLookAt(10, 10, -10, -10, -10, 10, 0, 1, 0);

所以我知道如果我想在着色器中使用我的相机的 z 轴，它看起来就像这个的归一化向量：

vec3(1.0, 1.0, -1,0);

有没有办法在顶点着色器中计算这个向量？

我想计算近/远裁剪平面的法线，但在顶点（或片段）着色器中找不到方法。

我正在使用旧管道（OpenGL v2.0/ GLSL v. 1.10）并且不想将矢量传递给着色器（尽管我知道这是执行此操作的常用且高效的方法）。

【问题讨论】：

欢迎来到 SO！请将 OpenGL 版本（和 GLSL 版本，如果相关）添加到 OpenGL/GLSL 问题中。 gluLookAt 已弃用，但在讨论 OpenGL 时仍将其用作短语，因此我不知道您是在技术上使用它还是仅用于说明。

OpenGL 1.1 没有 GLSL。从 OpenGL 2.0 开始

对不起，这是 OpenGL v2.0 / GLSL v1.10

现在更有意义了。 ;)

【参考方案1】：

固定函数顶点变换通过应用两个矩阵来工作：

从对象空间到眼睛空间的“ModelView”矩阵 从眼睛空间到剪辑空间的“投影”矩阵

gluLookAt() 所做的是通过在世界空间中定义一些相机来指定视图矩阵。而你似乎想要重构的是这个世界空间中的观察方向。

但是，对于固定功能 GL，这是不可能的。您所拥有的只是产品 view * model。如果没有更多信息，您无法将其分解为 view 和 model 部分。并且这些信息都不存在于固定函数 GL 中——它从来没有拥有一个世界空间，或者关心一个单独的视图矩阵。这种区别确实发生了——如果有的话——在应用程序逻辑中。

有趣的问题是：你甚至需要世界空间的观察方向来做什么？固定函数 GL 在眼睛空间中进行此类计算，其中观察方向只是 (0,0,-1,0)。

所以我看到了两种选择：

使用统一（或将数据传输到着色器的其他方式）指定一些附加信息，就像其他答案已经建议的那样 直接在眼睛空间中进行计算

【讨论】：

第 2 点。成功了。我想计算相机观察方向和顶点法线的点积。所以诀窍不仅在于尝试转换相机的法线，还在于转换顶点：

最后我用了这个：vertexNormal = gl_NormalMatrix*gl_Normal;vertexViewDirection = -normalize(gl_ModelViewMatrix*gl_Vertex).xyz;

【参考方案2】：

将其作为制服传递给您的着色器。请参阅glUniform3f 的文档。

在客户端代码中，执行如下操作：

auto cameraUp = camera.getUp();
glUniform3f(uniformLocationInShader, cameraUp.x, cameraUp.y, cameraUp.z)

在顶点着色器中，为相机向上矢量添加一个制服，然后按预期使用它。

uniform vec3 cameraUp;

void main() 

   // do stuff with cameraUp
 

【讨论】：

我知道这很聪明，但这正是我不想做的事情；-)

嗯，您需要将某种制服传递给着色器以获取此信息...如果您将视图矩阵作为制服，您应该能够从这些列之一。

所以我想这是唯一的方法吗？我不能使用眼睛平面或类似的东西吗？

是的，这正是制服的目的：将信息传递给着色器...顺便说一句，近和远剪辑平面是您的 投影 矩阵的一部分。这与您的相机的向上矢量无关。

好吧，我只需要 z 向量。我可以从投影矩阵中提取它吗？

【参考方案3】：

（已弃用）gluLookAt 的参数是 (vec3) eye_、center_ 和 up_ 的分量（x_ 表示向量值基准 x_）

f: ℝ^3 x ℝ^3 x ℝ^3 -> ℝ4xℝ4 
eye_, center_, up_ -> ViewMatrix

因此您可能会寻找的是

dir_ = normalize(center_ - eye_), 

在着色器中获取它们的最佳方式和位置取决于您使用的 GL 和 GLSL 版本。

这个向量

vec3(1.0, 1.0, -1,0);

btw 的长度为 sqrt(3)，因此没有标准化。

编辑

在了解 OpenGL 和 GLSL 版本后，您可以从中获取

legacy GLSL 1.10.59 doc

GLSL 1.10.59 已经有了自定义制服（我记不清了，2.0/1.10 太早了）；因此，您只需将该向量作为制服传递，就是这样。

因为它用于每个顶点，所以计算一次比在着色器中对每个顶点再次计算效率更高（当然，鉴于渲染的顶点块相当大）。

【讨论】：

感谢您的回答，但我正在寻找一种方法来计算此法线在顶点着色器中。有没有办法做到这一点？

@Corbie 当然，但请发布您的 GL 和 GLSL 版本！

@Corbie 和你在着色器中填充的制服，如果有的话。

我已经添加了版本。没有相关的制服。