本文寫得很好,轉自 http://www.zwqxin.com/archives/shaderglsl/review-normal-map-bump-map-2.html
1. 怎樣獲得頂點的TBN
其實我覺得這個是實踐部分最麻煩的地方。OpenGL提供了諸如glNormal、normal-vbo之類的接口設置頂點的法線,然后在shader中以gl_Normal等方式取得頂點法線數據,但是沒有提供切線和副法線的。當然兩者只要其一就足夠了(另一者可通過叉乘和左/右手定則獲得)。因為要把TBN導入shader,干脆就設置attribute變量,記錄每個頂點的切線。切線一般就是相鄰頂點的差向量了(其實這有時候是非常繁重的工作)。
如果是通常的3DS模型的話,頂點法線是共頂點的面的面法線的加權,這樣法線就不一定垂直於某個面,即與切線不垂直。但只要它們還是近似垂直的,上篇提及的Gram-Schmidt 算法應該可以處理。或者在shader中,把法線與切線叉乘出副法線,再用法線與副法線叉乘得新的切線,也能確保兩兩垂直。這樣之前的TBN矩陣的轉置矩陣就能直接作為其逆矩陣,完成向量從模型坐標系往切線空間坐標系的變換了。
問題不只這樣。對於一些模型,共享頂點的三角面片面法線差角太大,這時候計算出的該頂點法線和切線就可能帶來麻煩。在橙書(OpenGL Shading Language)中,談及了切線必須是一致的(consistently),面片相鄰的頂點切線不應該差距太大。但若相鄰面片夾角太大,得到的該頂點法線就可能與“共享該頂點的面片”上的其他頂點的法線差異很大,從而切線也會相差很大,直接導致光向量等在這兩頂點的切線空間差異很大,插值的各個針對像素的光向量方向差異很大,與像素法線點乘的cos也會差異得很明顯(而現實中一般的凹凸面漫反射光線不會有太大方向差異)。解決方法是把該出了問題的頂點拆成兩個(原地拷貝,3DS模型就不用了- -),一個面片用一個,其法線只受所屬的面片的面法線決定(這樣最后會形成突出的邊緣,但夾角大的面片之間實際上就應該會是有這樣的效果吧)。
另一個問題,我們向shader傳入頂點法線切線,希望副法線由兩者叉乘得出。但既然叉乘就有個方向問題(結果可以有兩個方向,AXB與BXA是不一樣的,我以前弄shadow volume就曾被它這種特性作弄過)。AXB改成BXA實際上會導致凹凸感反向,原來凹的變凸了,原來凸的變凹了(要仔細比對,不然會有首因效應)。一般就用N X T吧,因為基本上都是這個順序的,結果也符合原Normal Map。
2. GLSL 1.2 Shader實現代碼
沒什么好說的,就是前面算法翻譯成GLSL。
Vertex Shader:
傳入的lightPos,eyePos,gl_Vertex,gl_Normal,rm_Tangent是其模型坐標系下的坐標、向量,乘以ModelView矩陣(法線切線乘以ModelView矩陣的轉置逆矩陣)到了視圖空間(vlightPos,veyePos,pos,norm, vtangent);在視圖空間它們已經有了“世界”的概念了,因此可以平等地相互影響(在各自封閉的模型空間是享受不了的),可以作各種點乘叉乘加減乘除計算。
注意,lightPos,eyePos雖說是在其各自模型坐標系下定義的,但不對它們弄什么平移旋轉縮放操作的話,其模型矩陣就是一單位陣,此時其“世界坐標 == 模型坐標”。所以這時我可以當它是在世界空間定義的坐標(實際上一般我們都會在世界空間定義這兩個點)。(注意,前提是不對它們做模型變換。)
從以上量得到光源向量、視線向量后(它們在視圖空間),N、T叉乘得B(注意它們現在都在視圖空間),通過TBN矩陣逆矩陣把兩向量變換到當前頂點的切線空間,交給光柵去插值。
對以上有不理解的朋友,可能是沒看上篇:[shader復習與深入:Normal Map(法線貼圖)Ⅰ]
fragment shader:
注意把normal map里的normal由(0,1)映射回(-1,1)。baseCol得到的是基底紋理的像素顏色。其余部分就是per pixel lighting的東西了。[Shader快速復習:Per Pixel Lighting(逐像素光照)]
(上為底紋理和法線紋理,下為它們與某破壁模型合作的效果,紋理from planetpixelemporium.com)
(我想是游戲最常用的用途:磚牆。我想是最常用的NormalMap,from NEHE)
(自己把牆壁BaseMap放入Photoshop的normalMapFilter里弄的NormalMap,呃.....)
參考資料:N多網上資料+OpenGL Shading Language 2nd Edition
本站转载的文章为个人学习借鉴使用,本站对版权不负任何法律责任。如果侵犯了您的隐私权益,请联系我们删除。