在openGL中使用光照进行法线映射

Question

我试图在我的片段着色器中实现法线映射和照明。但我的密码似乎不起作用。我的想法是传递一个额外的ModelMatrix副本到片段着色器，这样它就可以转换存储在纹理中的法线。但反射光实际上发生在另一侧。

(更新)在得到一些建议后，我计算了顶点着色器中的TBN矩阵，将TBN基转换为世界空间，将lightPosition和eyePosition转换为tangentSpace。但这一次，这颗行星甚至根本不发光!只有环境光显示出来。然后我发现这是因为漫射组件的值为负值，然后被限制为0。我似乎找不到shader中的bug。

VertexShader:

#version 400
in layout(location=0) vec3 vertexPosition;
in layout(location=1) vec2 vertexUV;
in layout(location=2) vec3 vertexNormal;
in layout(location=3) vec3 vertexTangent;
in layout(location=4) vec3 vertexBitangent;
out vec2 UV;
out vec3 vertexPositionWorld;
out vec3 tangentLightPos;
out vec3 tangentViewPos;
out vec3 tangentFragPos;
uniform vec3 lightPositionWorld;
uniform vec3 eyePositionWorld;
uniform mat4 M;
uniform mat4 V;
uniform mat4 P;
void main()
{
gl_Position = P * V * M * vec4(vertexPosition, 1.0f);
vertexPositionWorld = vec3(M * vec4(vertexPosition, 1.0f));
UV = vertexUV;
// note scaling problem here 
mat3 normalMatrix = transpose(inverse(mat3(M)));
// mat3 normalMatrix = inverse(transpose(mat3(M)));
vec3 T = normalize(normalMatrix * vertexTangent);
vec3 B = normalize(normalMatrix * vertexBitangent);
vec3 N = normalize(normalMatrix * vertexNormal);
mat3 TBN = transpose(mat3(T, B, N));
tangentLightPos = TBN * lightPositionWorld;
tangentViewPos = TBN * eyePositionWorld;
tangentFragPos = TBN * vertexPositionWorld;
}

FragmentShader:

#version 400
uniform sampler2D textureSampler_1;
uniform sampler2D textureSampler_2;
uniform vec3 AmbientLightPower;
uniform vec3 DiffuseLightPower;
uniform vec3 SpecularLightPower;
uniform float specularLightPower;
in vec2 UV;
in vec3 vertexPositionWorld;
in vec3 tangentLightPos;
in vec3 tangentViewPos;
in vec3 tangentFragPos;
out vec4 finalColor;
void main()
{
vec3 normal = texture(textureSampler_2, UV).rgb;
normal = normalize(normal * 2.0 - 1.0);
vec3 MaterialAmbientColor = texture( textureSampler_1, UV ).rgb;
vec3 MaterialDiffuseColor = texture( textureSampler_1, UV ).rgb;
vec3 MaterialSpecularColor = vec3(0.3,0.3,0.3);
// diffuse light
vec3 lightDirection = normalize(tangentLightPos - tangentFragPos);
float DiffuseBrightness = clamp(dot(lightDirection, normal), 0, 1);
// specular light
vec3 reflectedDirection = normalize(reflect(-lightDirection, normal));
vec3 viewDirection = normalize(tangentViewPos - tangentFragPos);
float SpecularBrightness = clamp(dot(reflectedDirection, viewDirection), 0, 1);
finalColor = vec4(
MaterialAmbientColor  * AmbientLightPower +
MaterialDiffuseColor  * DiffuseLightPower * DiffuseBrightness +
MaterialSpecularColor * SpecularLightPower * pow(SpecularBrightness, specularLightPower), 1.0f);
}

Answer 1

您的方法是采用法线映射，并通过模型矩阵对其进行转换。这只在法线贴图是世界空间法线贴图时有效。世界空间法线贴图很少使用，典型的法线贴图是切线空间法线贴图。如果你不确定你有哪种类型的法线贴图，然后你可以检查纹理-如果它看起来大部分是蓝色的，那么你很可能有一个切线空间的法线贴图，如果它是非常多色的，那么它可能是世界空间的，我的答案是错误的。

要处理切线空间法线映射，您需要做更多的工作。通常，在顶点着色器中，你会得到一些基本向量(法线，二法线和切线，也就是NBT)，然后你使用这些向量将法线贴图转换为世界空间，或者将光源位置转换为切线空间(后者对于低数量的光源通常更有效，因为你在顶点着色器中做了更多的工作)。

切线空间很难让你理解，我建议你稍微阅读一下这个主题。这篇文章可能是一个不错的开始。