着色器中旋转法线

Question

着色器中旋转法线

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我有一个场景，其中包含多个模型，每个模型都有独立的位置和旋转。在给定法线的情况下，着色器会对每个像素应用简单的双向光照。

这是我的顶点着色器。

#version 150

in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 texcoord;

out vec3 f_normal;
out vec2 f_texcoord;

uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 proj;

void main()
{
    mat4 mvp = proj * view * model;

    f_normal   = normal;
    f_texcoord = texcoord;

    gl_Position = mvp * vec4(position, 1.0);
}

这里是片段着色器。

#version 150

in vec3 f_normal;
in vec2 f_texcoord;

uniform sampler2D tex;

vec3 sun = vec3(0.5, 1.0, 1.5);

void main()
{
    vec3 light = max(0.0, dot(normalize(f_normal), normalize(sun)));

    gl_FragColor = texture(tex, f_texcoord) * vec4(light, 1.0);
}

对于没有旋转的对象，这个方法可以很好地工作。但是对于旋转的模型，光照也会随之旋转，这显然不应该发生。

原因是法线没有旋转。我已经尝试过 f_normal = model * normal; 但这会将旋转和变换同时应用于法线。

那么，在将法线发送到片段着色器进行光照之前，我如何在顶点着色器中旋转法线？有什么常见的方法吗？

- danijar

2个回答

0

以下解决方案适用于我的模型，但我对其背后的数学并没有非常深入的理解。这是我的来源：添加深度和逼真度-表面法线。

你需要应用到法向量的变换表示为： N' = N * (M^-1)^T

基本上，这意味着你将法向量（N）乘以模型视图矩阵（M）的逆转置。如果你的 M 矩阵是 4x4 的，你应该只使用 (M^-1)^T 的结果中左上角的 3x3 上三角矩阵进行法向量乘法。

再次强调，这对我有效，但我无法很好地解释其中的数学原理。

- Ricardo RendonCepeda

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可以查看英文原文，
原文链接

- bwroga · Accepted Answer

你需要使用模型视图投影矩阵的前三行/列来转换法线。(如果你进行了任何缩放操作，你需要使用该矩阵的逆转置矩阵。请参考这篇文章。)

mat3 normalMatrix = mat3(mvp);
normalMatrix = inverse(normalMatrix);
normalMatrix = transpose(normalMatrix);
f_normal = normalize(normal * normalMatrix);
// You should also send your tranformed position to the fragment shader
f_position = vec3(mvp * vec4(position, 1.0));

在你的片段着色器中，你需要计算从光源到片段的距离并对其进行归一化处理。找到法线和光向量的点积，并将其乘以光颜色。

vec3 light = normalize(sun - f_position);
light = max(dot(f_normal, light), 0.0) * vec3(1.0, 1.0, 1.0);
gl_FragColor = texture(tex, f_texcoord) * vec4(light, 1.0);

我代码中肯定有优化的空间。

我推荐这本书《OpenGL 4.0 Shading Language Cookbook》。