c – OpenGL中的Oren-Nayar照明(如何计算片段着色器中的视图方向)

概述我试图在片段着色器中实现Oren-Nayar照明,如图 here所示. 但是,如下图所示,我在地形上获得了一些奇怪的照明效果. 我正在向着色器发送“视图方向”制服作为相机的“前”矢量.我不知道这是否正确,因为移动相机会改变工件. 将“前”矢量与MVP矩阵相乘可以获得更好的结果,但是从某些角度观察地形时,人为因素仍然非常显着.在黑暗区域和屏幕边缘周围特别明显. 可能会导致这种影响？ 神器的例子 场景 我试图在片段着色器中实现Oren-Nayar照明,如图 here所示.

但是,如下图所示,我在地形上获得了一些奇怪的照明效果.

我正在向着色器发送“视图方向”制服作为相机的“前”矢量.我不知道这是否正确,因为移动相机会改变工件.

将“前”矢量与MVP矩阵相乘可以获得更好的结果,但是从某些角度观察地形时,人为因素仍然非常显着.在黑暗区域和屏幕边缘周围特别明显.

可能会导致这种影响？

神器的例子

场景应该如何看

顶点着色器

#version 450layout(location = 0) in vec3 position;layout(location = 1) in vec3 normal;out VS_OUT {    vec3 normal;} vert_out;voID main() {    vert_out.normal = normal;    gl_position = vec4(position,1.0);}

管状控制着色器

#version 450layout(vertices = 3) out;in VS_OUT {    vec3 normal;} tesc_in[];out TESC_OUT {    vec3 normal;} tesc_out[];voID main() {     if(gl_InvocationID == 0) {        gl_TessLevelinner[0] = 1.0;        gl_TessLevelinner[1] = 1.0;        gl_TessLevelOuter[0] = 1.0;        gl_TessLevelOuter[1] = 1.0;        gl_TessLevelOuter[2] = 1.0;        gl_TessLevelOuter[3] = 1.0;    }    tesc_out[gl_InvocationID].normal = tesc_in[gl_InvocationID].normal;    gl_out[gl_InvocationID].gl_position = gl_in[gl_InvocationID].gl_position;}

Tesselation评估着色器

#version 450layout(triangles,equal_spacing) in;in TESC_OUT {    vec3 normal;} tesc_in[];out TESE_OUT {    vec3 normal;    float height;    vec4 shadow_position;} tesc_out;uniform mat4 model_vIEw;uniform mat4 model_vIEw_perspective;uniform mat3 normal_matrix;uniform mat4 depth_matrix;vec3 lerp(vec3 v0,vec3 v1,vec3 v2) {    return (        (vec3(gl_TessCoord.x) * v0) +         (vec3(gl_TessCoord.y) * v1) +         (vec3(gl_TessCoord.z) * v2)    );}vec4 lerp(vec4 v0,vec4 v1,vec4 v2) {    return (        (vec4(gl_TessCoord.x) * v0) +         (vec4(gl_TessCoord.y) * v1) +         (vec4(gl_TessCoord.z) * v2)    );}voID main() {    gl_position = lerp(        gl_in[0].gl_position,gl_in[1].gl_position,gl_in[2].gl_position    );    tesc_out.normal = normal_matrix * lerp(        tesc_in[0].normal,tesc_in[1].normal,tesc_in[2].normal    );    tesc_out.height = gl_position.y;    tesc_out.shadow_position = depth_matrix * gl_position;    gl_position = model_vIEw_perspective * gl_position;}

片段着色器

#version 450in TESE_OUT {    vec3 normal;    float height;    vec4 shadow_position;} frag_in;out vec4 colour;uniform vec3 vIEw_direction;uniform vec3 light_position;#define PI 3.141592653589793voID main() {    const vec3 ambIEnt = vec3(0.1,0.1,0.1);    const float roughness = 0.8;    const vec4 water = vec4(0.0,0.0,0.8,1.0);    const vec4 sand = vec4(0.93,0.87,0.51,1.0);    const vec4 grass = vec4(0.0,1.0);    const vec4 ground = vec4(0.49,0.27,0.08,1.0);    const vec4 sNow = vec4(0.9,0.9,1.0);    if(frag_in.height == 0.0) {        colour = water;    } else if(frag_in.height < 0.2) {        colour = sand;    } else if(frag_in.height < 0.575) {        colour = grass;    } else if(frag_in.height < 0.8) {        colour = ground;    } else {        colour = sNow;    }    vec3 normal = normalize(frag_in.normal);    vec3 vIEw_dir = normalize(vIEw_direction);    vec3 light_dir = normalize(light_position);    float NdotL = dot(normal,light_dir);    float NdotV = dot(normal,vIEw_dir);     float angleVN = acos(NdotV);    float angleLN = acos(NdotL);    float Alpha = max(angleVN,angleLN);    float beta = min(angleVN,angleLN);    float gamma = dot(vIEw_dir - normal * dot(vIEw_dir,normal),light_dir - normal * dot(light_dir,normal));    float roughnessSquared = roughness * roughness;    float roughnessSquared9 = (roughnessSquared / (roughnessSquared + 0.09));    // calculate C1,C2 and C3    float C1 = 1.0 - 0.5 * (roughnessSquared / (roughnessSquared + 0.33));    float C2 = 0.45 * roughnessSquared9;    if(gamma >= 0.0) {        C2 *= sin(Alpha);    } else {        C2 *= (sin(Alpha) - pow((2.0 * beta) / PI,3.0));    }    float powValue = (4.0 * Alpha * beta) / (PI * PI);    float C3  = 0.125 * roughnessSquared9 * powValue * powValue;    // Now calculate both main parts of the formula    float A = gamma * C2 * tan(beta);    float B = (1.0 - abs(gamma)) * C3 * tan((Alpha + beta) / 2.0);    // put it all together    float L1 = max(0.0,NdotL) * (C1 + A + B);    // also calculate interreflection    float twoBetAPI = 2.0 * beta / PI;    float L2 = 0.17 * max(0.0,NdotL) * (roughnessSquared / (roughnessSquared + 0.13)) * (1.0 - gamma * twoBetAPI * twoBetAPI);    colour = vec4(colour.xyz * (L1 + L2),1.0);}

解决方法 首先,我将我的视图/正常/光矢量的片段着色器插入到我的渲染器中,并且它的工作原理完美.所以问题必须在你计算这些向量的方式上.

接下来,您说您将vIEw_dir设置为相机的前端矢量.我假设你的意思是“摄像机在世界空间中的前向量”,这是不正确的.由于您使用相机空间中的向量计算点积,所以vIEw_dir也必须位于相机空间中.那是vec3(0,1)将是一个简单的方法来检查.如果它有效 – 我们发现你的问题.

然而,当您进行透视投影时,使用(0,1)视图方向不是严格正确的,因为从片段到相机的方向依赖于片段在屏幕上的位置.那么正确的公式就是vIEw_dir = normalize(-pos)其中pos是片段在相机空间中的位置(即使用没有投影的模型视图矩阵).此外,此数量现在仅取决于屏幕上的片段位置,因此可以将其计算为：

vIEw_dir = normalize(vec3(-(gl_FragCoord.xy - frame_size/2) / (frame_wIDth/2),flen))

flen是您的相机的焦距,您可以计算为flen = cot(fovx / 2).

总结

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