OpenGL中奇怪的方形光照伪影

Question

我有一个程序可以生成高度图并使用OpenGL显示为网格。当我试图添加光照时，会出现奇怪的方形覆盖在网格上。它们在某些区域比其他地方更明显，但总是存在的。

我曾经使用四边形网格，但在切换到三角网格后仍然没有变化。我使用了至少三种不同的方法来计算顶点法线，但都产生了相同的效果。我以前是手动使用着色器进行光照，但使用OpenGL内置的光照系统时也没有任何变化。

以下是我的最新法线生成代码（faces是索引数组，指向顶点数组verts）：

int i;
for (i = 0; i < NINDEX; i += 3) {
    vec v[3];
    v[0] = verts[faces[i + 0]];
    v[1] = verts[faces[i + 1]];
    v[2] = verts[faces[i + 2]];

    vec v1 = vec_sub(v[1], v[0]);
    vec v2 = vec_sub(v[2], v[0]);

    vec n = vec_norm(vec_cross(v2, v1));

    norms[faces[i + 0]] = vec_add(norms[faces[i + 0]], n);
    norms[faces[i + 1]] = vec_add(norms[faces[i + 1]], n);
    norms[faces[i + 2]] = vec_add(norms[faces[i + 2]], n);
}

for (i = 0; i < NVERTS; i++) {
    norms[i] = vec_norm(norms[i]);
}

虽然这不是我使用的唯一代码，所以我怀疑它并不是问题的原因。

我使用以下代码绘制网格：

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, verts);

glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);
glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, norms);

glDrawElements(GL_TRIANGLES, NINDEX, GL_UNSIGNED_SHORT, faces);

我当前没有使用任何着色器。

可能是什么原因导致了这个问题？

编辑：更全面的截图如下：

• 线框模式
• 平面着色，OpenGL灯光
• 平滑着色，OpenGL灯光
• 着色器完成的灯光

对于最后一张图，着色器代码为：

顶点着色器：

varying vec3 lightvec, normal;

void main() {
    vec3 lightpos = vec3(0, 0, 100);
    vec3 v = vec3(gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex);
    normal = gl_NormalMatrix * gl_Normal;

    lightvec = normalize(lightpos - v);

    gl_Position = ftransform();
}

Fragment:

varying vec3 lightvec, normal;

void main(void) {
    float l = dot(lightvec, normal);
    gl_FragColor = vec4(l, l, l, 1);
} 

- sigill

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你能否发布同一场景的两张截图，一张带线框，一张不带？ - Stefan Monov

norms 是否被初始化为零？在将向量累加到 norms 中之前，您没有先将其清零，但如果程序的其他地方已经将其清零，则不应该有问题。 - genpfault

你在着色器中的普通属性使用了平滑插值吗？也许暂时切换到“flat”可以帮助定位问题。此外，OpenGL的光照对我来说经常出现很多错误 - 我通常更加确定自己编写的代码。 - Bartek Banachewicz

@genpfault：在初始化时它被清零。 - sigill

Answer 1

您需要在片段着色器中对法线进行规范化，如下所示：

varying vec3 lightvec, normal;

void main(void) {
    vec3 normalNormed = normalize(normal);
    float l = dot(lightvec, normalNormed);
    gl_FragColor = vec4(l, l, l, 1);
} 

但这可能会很昂贵。在这种情况下，使用定向光源，也可以使用顶点照明。因此，在顶点着色器中计算光照值。

varying float lightItensity;

void main() {
    vec3 lightpos = vec3(0, 0, 100);
    vec3 v = vec3(gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex);
    normal = gl_NormalMatrix * gl_Normal;

    lightvec = normalize(lightpos - v);

    lightItensity = dot(normal, lightvec);

    gl_Position = ftransform();
}

并将其用于片元着色器中，

varying float light;

void main(void) {
    float l = light;
    gl_FragColor = vec4(l, l, l, 1);
} 

我希望这个能解决问题，如果不能，请告诉我。

编辑：这里有一个小图表，解释了最可能发生的情况。

编辑2：

如果这样做没有帮助，请添加更多的三角形。对你的高度图进行插值，并在其中添加一些顶点。

或者，尝试更改你的细分方案。例如，像这样的等边三角形网格可以使伪影不那么明显。

你需要在你的高度图上进行一些插值。

否则我也不知道怎么办了..祝好运！

- Hannesh

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谢谢，但不幸的是我已经尝试过类似的操作了。我开始怀疑问题出现在我的显卡上（1.5年前的英特尔集成芯片）。 - sigill

我非常怀疑。着色器代码应该在任何支持它的图形卡上执行相同的方式。 - Hannesh

Answer 2

对于非着色器版本，我没有明确的答案，但我想补充一下，如果您在片段着色器中进行每像素光照，则应该在片段着色器内规范化法线和光向量。

如果您不这样做，它们可能不是单位长度（两个归一化向量之间的线性插值不一定是归一化的）。这可能解释了您在着色器版本中看到的一些伪影，因为点积的大小会随着距离顶点的距离而变化，这有点像您所看到的。

编辑：另一个想法是，在渲染非着色器版本时，您是否进行任何非均匀缩放（不同的x、y、z）？如果您进行了缩放，则需要通过反比例缩放因子修改法线，或设置glEnable(GL_NORMALIZE)。更多信息请参见此处： http://www.lighthouse3d.com/tutorials/glsl-tutorial/normalization-issues/

- Tim