BUMPMAPPING WITH GLSL

BUMPMAPPING WITH GLSL

原文链接 https://fabiensanglard.net/bumpMapping/index.php

当 我 开始 学习 凹凸贴图 和 视差映射 时，

我发现 很多 教程 涉及 一个 简单的矩形，

但没有什么 接近 现实生活 的 用途：

这是我填补空白的难题。

概念

BumpMapping允许 设计师 通过10 0000

（ 也就是 10万个，原来 表述为 10，0000）

多个 多边形 生物 表达 自己 的 创造力。

一旦 艺术 完成，

就会自动 生成 低聚合模型（5000多边形）以及 法线贴图。

在 运行 时，

通过将 低模型 与 法线贴图 组合 来 加回 细节。

照明模型。

细节 被添加到 低聚合物 （此处 翻译 可能 有误 ）表面反应 的 光。

照明方程 是 Blinn-Phong，

其中:(

pixelColor= Ambient + (Diffuse + Specular) * Shadow但让我们忘记阴影）。

// 此处可能有误……

Ambient = ambientMaterial * ambientLight

Diffuse = diffuseMaterial * diffuseLight * lamberFactor

lamberFactor = max (dot (lightVec, normal), 0.0)

Specular = specularMaterial * specularLight * speculatCoef

speculatCoef = pow (max (dot (halfVec, normal), 0.0), shininess)

细节：

• 环境 几乎是一个 常数。

• 漫射 取决于 光矢量 与表面法向量之间的角度。
• 镜面取决于 视觉 （我自己认为应该是 视觉向量）矢量 与表面法向量之间的角度。

注意：当我们处理法向量时，可以用 简单的 点积 来获得 余弦值。

通常，每个计算 都是在 eye 空间 中 进行 的，

但是在凹凸映射中，

法线图中的法向量 表示为 切线空间。

因此，我们需要转换 所有需要的 向量。

为了做到这一点，

我们使用矩阵： Eye space - > Tangent space。

切线 空间 数学。

每个 顶点的 矩阵 如下：

[Normal.x Normal.y Normal.z] [BiNormal.x BiNormal.y BiNormal.z] [Tangent.x tangent.y Tangent.z]

法线 很容易 计算。

一个简单的 交叉产品 每张脸。（应该是每个面？？）

顶点的 法 线 等于 法线（与该顶点相关的所有面）的 和，

最后 归一化。

对于模型中的每个面 { 通过交叉产品产生面部正常 在每个顶点前面加上法线 } 对于模型中的每个顶点 规范正态矢量

对于 正切 和 二次 正交，

您可以在 任何 好的数学书 中找到 解决方案（我强烈 推荐3D游戏编程数学）。

这是一个代码示例：

generateNormalAndTangent（float3 v1，float3 v2，text2 st1，text2 st2） { float3 normal = v1.crossProduct（v2）; float coef = 1 /（st1.u * st2.v - st2.u * st1.v）; float3切线; tangent.x = coef *（（v1.x * st2.v）+（v2.x * -st1.v））; tangent.y = coef *（（v1.y * st2.v）+（v2.y * -st1.v））; tangent.z = coef *（（v1.z * st2.v）+（v2.z * -st1.v））; float3 binormal = normal.crossProduct（tangent）; }

就像法线一样：对于 连接 到 该顶点的每个 面积 累积 切线 和 次数，

然后 通过 归一化 进行 平均。

在您的实现中，尝试可视化 您生成的矢量，

它们需要一致，

因为它们将被 GPU插值。

CPU侧

在openGL方面，必须做一些事情：

• 绑定 顶点数组

• 绑定正常数组

• 绑定 纹理 坐标 数组

• 绑定 元素 索引 数组

• 将 切线数组 绑定到 着色器

• 绑定 颜色纹理

• 绑定 法线贴图（凹凸贴图）

• 绑定 高度贴图纹理（ 视差映射）

//为了动画目的，每个帧更新顶点VBO glBindBufferARB（GL_ARRAY_BUFFER_ARB，vboVertexId）; glVertexPointer（3，GL_FLOAT，0，0）; //与顶点VBO相同：每帧更新 glBindBufferARB（GL_ARRAY_BUFFER_ARB，vboNormalId）; glNormalPointer（GL_FLOAT，0，0）; // VBO，创建和填充一次，纹理坐标永远不会改变 glBindBufferARB（GL_ARRAY_BUFFER_ARB，vboTexturId）; glTexCoordPointer（2，GL_FLOAT，0,0）; //切线生成以前，不需要通过二进制，一个十字制品就会生成它 glVertexAttribPointerARB（tangentLoc，3，GL_FLOAT，GL_FALSE，0，tangentArraySkinPointer）; // VBO，创建和填充一次，要绘制的元素永远不会改变 glBindBufferARB（GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER_ARB，vboElementsId）; glDrawElements（GL_TRIANGLES，meshes [i] .facesCount * 3，GL_UNSIGNED_INT，0）; glActiveTextureARB（GL_TEXTURE0）; glBindTexture（diffuseTextureId）; glUniform1iARB（diffuseTextureUniform，0）; glActiveTextureARB（GL_TEXTURE1）; glBindTexture（normalTextureId）; glUniform1iARB（normalTextureUniform，0）; glActiveTextureARB（GL_TEXTURE2）; glBindTexture（heightTextureId）; glUniform1iARB（heightTextureUniform，0）;

GPU边

顶点着色器的作用是

构建Blinn-Phong模型 中 使用的 矩阵 和 旋转矢量，

因此：

• 用 正交 和 正切的 交叉积 产生 双切线。

• 组合 三个 向量以 形成 旋转矩阵，从 相机空间 到 切线空间。

• 旋转 光源 和 相机矢量。

在片段着色器中：

• 从 法线贴图 中 检索 正常坐标。
• 将 值从[-1,1]转换为[0,1]。

• 计算 角度，产生漫反射，漫反射 和 镜面反射。
• 添加 漫反射，漫反射 和 镜面成分。

顶点着色器

属性vec3切线 变化的vec3 lightVec; 变化vec3 halfVec; 改变vec3 eyeVec; void main（） { gl_TexCoord [0] = gl_MultiTexCoord0; //构建矩阵眼空间 - >切线空间 vec3 n = normalize（gl_NormalMatrix * gl_Normal）; vec3 t =归一化（gl_NormalMatrix * tangent）; vec3 b =交叉（n，t）; vec3顶点位置= vec3（gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex）; vec3 lightDir = normalize（gl_LightSource [0] .position.xyz - vertexPosition）; //通过切线转换光和半角矢量 vec3 v vx = dot（lightDir，t）; vy = dot（lightDir，b）; vz = dot（lightDir，n）; lightVec = normalize（v）; vx = dot（vertexPosition，t）; vy = dot（vertexPosition，b）; vz = dot（vertexPosition，n）; eyeVec = normalize（v）; vertexPosition = normalize（vertexPosition）; / *归一化halfVector以将其传递给片段着色器* / //不需要除以2，结果就是归一化。 // vec3 halfVector = normalize（（vertexPosition + lightDir）/ 2.0）; vec3 halfVector = normalize（vertexPosition + lightDir）; vx = dot（halfVector，t）; vy = dot（halfVector，b）; vz = dot（halfVector，n）; //不需要归一化，t，b，n和halfVector是法向量。 //规范化（v）; halfVec = v; gl_Position = ftransform（）; }

片段着色器

uniform sampler2D diffuseTexture; 均匀采样器 //新的bumpmapping 变化的vec3 lightVec; 变化vec3 halfVec; 改变vec3 eyeVec; void main（） { //从法线图查找正常，从[0,1]移动到[-1,1]范围，进行归一化 vec3 normal = 2.0 * texture2D（normalTexture，gl_TexCoord [0] .st）.rgb - 1.0; normal = normalize（normal）; //计算漫射照明 float lamberFactor = max（dot（lightVec，normal），0.0）; vec4 diffuseMaterial = 0.0; vec4 diffuseLight = 0.0; //计算镜面照明 vec4镜面材料; vec4镜面光 浮萍 //计算环境 vec4 ambientLight = gl_LightSource [0] .ambient; if（lamberFactor> 0.0） { diffuseMaterial = texture2D（diffuseTexture，gl_TexCoord [0] .st）; diffuseLight = gl_LightSource [0] .diffuse; //在doom3中，镜面值来自纹理 镜面材料= vec4（1.0）; specularLight = gl_LightSource [0] .specular; shininess = pow（max（dot（halfVec，normal），0.0），2.0）; gl_FragColor = diffuseMaterial * diffuseLight * lamberFactor; gl_FragColor + = specularMaterial * specularLight * shininess; } gl_FragColor + = ambientLight; }

结果

注意：影子组件 不在 着色器 片段 中，

但可以在 下载的代码中 找到 它。

视频

该视频显示一个2000多边形Hellknight：

• 原始模型。
• 型号与512x512凹凸贴图。
• 模型具有512x512凹凸贴图和漫反射/镜面映射。
• 模型与512x512凹凸贴图和漫反射/镜面映射和阴影。

该代码具有C ++ md5模型查看器，

您可以通过config.cfg配置很多，

并在scene.cfg中定义场景。

我包括地狱骑士md5，所以任何人都可以运行演示，

我希望这将被容忍作为教育的目的。

下载

• 来源。
• 源码清理了linux。。
• Windows构建。
• Mac OSX构建。

2010年4月5日：似乎二进制分发在Windows 7中不起作用。

一旦我有一段时间，我必须看看这个。

推荐阅读

几本书，了解更多关于凹凸贴图和视差映射的书籍。

Doom3是一个很好的资源来学习，

每个模型都可以轻松访问和纯文本。