移动物体的漫反射照明

Question

移动物体的漫反射照明

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在计算移动物体的漫反射光照时，我必须将光源与物体一起移动：

@Override
public void draw() { // draw frame
  ...
  // Move object
  GLES20.glVertexAttribPointer(aPositionLink, 3, GLES30.GL_FLOAT,
                    false, 0, object3D.getVertices());
  // The luminous source moves nearby the object, so the 
  // object is always illuminated from one side
  GLES20.glUniform3f(lightPositionLink, object3D.getX(),
        object3D.getY(), object3D.getZ() + 2.0f);
  ...
}

顶点着色器片段：

#version 300 es
uniform mat4 u_mvMatrix; // model-view matrix of object
uniform vec3 u_lightPosition; // position of the luminous source
in vec4 a_position; // vertex data is loaded here
in vec3 a_normal; // normal data is loaded here
struct DiffuseLight { 
  vec3 color; 
  float intensity; 
};
uniform DiffuseLight u_diffuseLight;
...
void main() {
  ...
  vec3 modelViewNormal = vec3(u_mvMatrix * vec4(a_normal, 0.0));
  vec3 modelViewVertex = vec3(u_mvMatrix * a_position);
  // calculate the light vector by subtracting the
  // position of the object from the light position
  vec3 lightVector = normalize(u_lightPosition - modelViewVertex);
  float diffuse = max(dot(modelViewNormal, lightVector), 0.1);
  float distance = length(u_lightPosition - modelViewVertex);
  diffuse = diffuse * (1.0 / (1.0 + pow(distance, 2.0)));
  // calculate the final color for diffuse lighting
  lowp vec3 diffuseColor = diffuse * u_diffuseLight.color * u_diffuseLight.intensity;
  v_commonLight = vec4((ambientColor + diffuseColor), 1.0);
  ...
}

这是正确的方法吗？或者有没有其他合理的选项，使用静态光源而不必在每帧计算光源位置的资源？注意：增加距离并不能帮助解决问题。谢谢。

解决方案：根据Rabbid76的建议，我使用了此处描述的定向光。

- alexrnov

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Rabbid76 · Accepted Answer

我需要将光源与物体一起移动。

为什么光源要随物体移动？

如果光是世界中的点光源，而物体移动，则物体的照明会发生变化（在“真实”世界中）。

在您的情况下，灯光是在视图空间中计算的。如果光源是世界中的一个点，则必须通过视图矩阵来转换其位置（视图矩阵将从世界空间转换到视图空间）。例如：

uniform mat4 u_viewMatrix;

void main()
{
    // [...]

    vec3 lightPosView = vec3(u_viewMatrix * vec4(u_lightPosition.xyz, 1.0)); 
    vec3 lightVector  = normalize(u_lightPosition - modelViewVertex);

    // [...]
}

无论如何，如果物体移动且光源与物体相连，则必须将应用于物体顶点的变换也应用于光源。
在这种情况下，u_lightPosition必须是物体模型空间中的位置，也就是相对于物体的位置（u_lightModelPosition）。然后可以执行以下操作：

uniform vec3 u_lightModelPosition; 

void main()
{
    mat3 normalMat       = inverse(transpose(mat3(u_mvMatrix)));
    vec3 modelViewNormal = normalMat * a_normal;
    vec3 modelViewVertex = vec3(u_mvMatrix * a_position);
    vec3 modelViewLight  = vec3(u_mvMatrix * vec4(u_lightModelPosition, 1.0));

    vec3 lightVector = normalize(modelViewLight - modelViewVertex);

    // [...]
}

如果你想要一种不受位置限制的光源，那么你需要使用定向光。在这种情况下，光源不是世界中的一个点，而只是一个方向。例如：

vec3 lightVector = -u_lightRayDirection;

u_lightRayDirection 必须在光照计算的空间中。由于光照是在视图空间中计算的，u_lightRayDirection 也必须是一个视图空间中的方向。如果 u_lightRayDirection 是世界空间中的矢量，则必须通过 mat3(u_viewMatrix) 进行变换。

方向光没有距离（或者有一个恒定的距离）。

如果光源固定在相机上，则根本不需要任何变换（因为您在视图空间中进行光照计算）。