如何在OpenGL中插入Phong着色的法线？

Question

目前，我正在实施好的老Phong阴影。总的来说，它看起来很正确，但正常情况出现了一种模式，我无法解释。

我认为，如果不仔细看，Stanford Bunny看起来非常正确。

但在耳朵上，例如有一种奇怪的模式：

在这张照片中，我可视化法线并提高饱和度，使问题更加明显。

这是我的顶点着色器：

#version 330 core

layout (location = 0) in vec4 vPosition;
layout (location = 1) in vec3 vNormal;

out vec4 fWorldPosition;
smooth out vec3 fWorldNormalSmooth;

...    

void main() {
    fWorldNormalSmooth = normalize(NormalMatrix*vNormal);
    fWorldPosition = WorldMatrix*vPosition;
    gl_Position = ProjectionMatrix*ViewMatrix*WorldMatrix*vPosition;
}

这是我的片段着色器：

#version 330 core

smooth in vec3 fWorldNormalSmooth;
in vec4 fWorldPosition;

out vec4 color;

...    

vec4 shadePointLight(Material material, PointLight pointLight, vec3 worldPosition, vec3 worldNormal) {
    vec3 cameraPosition = wdiv(inverse(ViewMatrix)*vec4(0, 0, 0, 1));
    vec3 cameraDirection = normalize(cameraPosition - worldPosition);
    vec3 lightDirection = normalize(pointLight.position - worldPosition);
    vec3 reflectionDirection = reflect(-lightDirection, worldNormal);

    vec4 i_amb  = material.ambientReflection*pointLight.ambientColor;
    vec4 i_diff = max(0, dot(worldNormal, lightDirection))*material.diffuseReflection*pointLight.diffuseColor;
    vec4 i_spec = pow(max(0, dot(reflectionDirection, cameraDirection)), material.shininess)*material.specularReflection*pointLight.specularColor;

    float distance = length(pointLight.position - worldPosition);
    float d  = 1.0 / (pointLight.falloff.constant + pointLight.falloff.linear*distance + pointLight.falloff.quadratic*distance*distance);

    return i_amb + d*(i_diff + i_spec);
}

void main() {
    ...

    color = shadePointLight(material, pointLight, wdiv(fWorldPosition), normalize(fWorldNormalSmooth));
}

有人可以解释这种行为吗？

Answer 1

当在两个相同长度的矢量之间线性插值时，如在顶点和片段阶段之间发生的那样，所得矢量的长度将在两者之间变短。在两个法线之间进行内插的数学上正确的方法是执行spherical linear interpolation（SLERP），但是对于角度的微小变化，您可以简单地将片段着色器中的内插法线向量归一化（这是因为小sin(x) ≈ x）的小角度近似值x。 编辑：对于较大的角度，需要通过适当的SLERP插值。