OpenGL 固定功能管道是不是计算视图空间中的照明？

Posted 2023-02-16

【中文标题】OpenGL 固定功能管道是不是计算视图空间中的照明？

【英文标题】：Does the OpenGL fixed function pipeline compute lighting in view-space?OpenGL 固定功能管道是否计算视图空间中的照明？

【发布时间】：2012-05-31 09:21:32

【问题描述】：

OpenGL 固定函数管道是否计算视图空间中的光照？

如果答案是肯定的，那么它如何应对不均匀比例的视图转换？实际上，它如何处理包含任何比例的视图转换？

如果这是真的，那么缩放视图空间将导致不同的光到顶点的距离，这意味着点光源的光照强度将随着视图矩阵的缩放而改变。

世界空间中的光照将使计算的点光强度独立于视图空间缩放，但需要：

向 API 提供对象到世界矩阵（例如在 DirectX 中，灯光位置在世界空间中指定）。 API 在绘制时转换所有几何图形两次。一次通过 world*view*proj 进入剪辑空间，然后再次通过世界，以计算世界空间中顶点的光照。

一般情况下，您可以在固定功能照明管道上挖掘任何额外的背景信息，以获得良好的答案并获得积分。

【参考方案1】：

我认为您的问题来自“视图空间”与“投影后空间”的混淆。它们不相同。

视图空间或相机空间是场景相对于相机的空间。因此，相机位于原点，向下看 -Z 轴，+Y 向上。在OpenGL固定函数方面，相机空间是位置和法线乘以GL_MODELVIEW矩阵后的空间。

后投影空间是相机空间值乘以GL_PROJECTION 矩阵后得到的空间。这实际上就是为什么有两个单独的矩阵。您在相机空间中进行照明，然后将投影后位置发送出去以进行光栅化。

OpenGL 不在投影后空间中进行光照。因此，纵横比、相机变焦等不会影响照明。视角也不分裂。

OpenGL 固定函数管道是否计算视图空间中的光照？

是的，你也应该这样做。

如果答案是肯定的，那么它如何应对具有非均匀比例的视图转换？实际上，它如何处理包含任何比例的视图转换？

与处理模型到世界转换并结合比例的方式完全相同。

这只是一个矩阵。数学既不知道也不关心特定比例变换发生在哪里，无论是在模型到世界的部分还是在世界到相机的部分。重要的是存在规模。或倾斜或任何其他形式的变换。

请记住：模型到世界的变换比世界到相机的变换更可能使用比例尺。您更有可能需要重新调整几何形状以适应世界，而不是需要重新调整相机矩阵的几何形状。相机缩放、纵横比等的缩放是 perspective 矩阵的一部分，而不是相机矩阵。

它以通常的方式“应对”这个问题：法线通过模型到视图矩阵的反转置进行转换。这个alters the normals（完全披露：那是我的电子书教程），这样它们在缩放后仍然适合模型。无论您在哪个空间，这都是必要的。

如果这是真的，那么缩放视图空间将导致不同的光到顶点的距离，这意味着点光源的光照强度会随着视图矩阵的缩放而改变。

... 和？由于所有对象都由 same 相机矩阵（在单个场景中）进行变换，因此所有对象都将应用相同的比例。因此，如果它们在世界空间中的比例相同，那么它们在相机空间中的比例也相同。

那么问题是什么？是的，衰减会发生变化，但它对所有对象的变化都是一样的。因此，只要您的衰减因子是针对此相机空间设计的，就没有问题。

【讨论】：

考虑一个缩放整个场景的效果（以使玩家在 FPS 游戏中看起来像是在缩小），所有光照距离都会改变，从而影响光照方程。如果在世界空间中进行光照，这将不会发生。谢谢你的回答。

@infact：你不会缩放世界以使玩家看起来正在缩小。你会画出玩家更小。您会将相机移近地面等等。根本不需要比例矩阵。

也许那是一个不好的例子。但是考虑合并Scale的视图转换是否不合理？对这种变换进行动画处理会揭示视图空间照明的差异。

@infact：我可以很容易地说这个世界需要一个比例变换，这将在光照期间“揭示差异”。如果您的场景的衰减很重要，那么您可以在该场景中保持距离的一致性。照明通常在相机空间中完成，所以很明显，这没什么大不了的。