Question

我正在研究法线贴图的实现，通过ASSIMP库计算切线向量。

法线贴图似乎对具有接近单位矩阵的模型矩阵的对象起作用。只要我开始翻译和缩放，我的照明就好了。正如您在图片中看到的那样，法线贴图在容器立方体上完美地工作，但是在大地板上的照明失败（镜面光的方向应朝向播放器，而不是朝向容器）。

Lighting not working on Normal mapping

我感觉它与光的位置（目前从x = -10到x = 10，随着时间的推移）某种程度上没有正确地包含在计算中，只要我开始改变模型矩阵（通过翻译/缩放）。我发布了所有相关的代码，并希望你们能以某种方式看到我失踪的东西，因为我已经盯着我的代码好几天了。

顶点着色器

#version 330

layout(location = 0) in vec3 position;
layout(location = 1) in vec3 normal;
layout(location = 2) in vec3 tangent;
layout(location = 3) in vec3 color;
layout(location = 4) in vec2 texCoord;

// fragment pass through
out vec3 Position;
out vec3 Normal;
out vec3 Tangent;
out vec3 Color;
out vec2 TexCoord;

out vec3 TangentSurface2Light;
out vec3 TangentSurface2View;

uniform vec3 lightPos;

// vertex transformation
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
    mat3 normalMatrix = transpose(mat3(inverse(view * model))); 
    Position = vec3((view * model) * vec4(position, 1.0)); 
    Normal = normalMatrix * normal;
    Tangent = tangent;
    Color = color;
    TexCoord = texCoord;

    gl_Position = projection * view * model * vec4(position, 1.0);

    vec3 light = vec3(view * vec4(lightPos, 1.0));
    vec3 n = normalize(normalMatrix * normal);
    vec3 t = normalize(normalMatrix * tangent);
    vec3 b = cross(n, t);
    mat3 mat = mat3(t.x, b.x ,n.x, t.y, b.y ,n.y, t.z, b.z ,n.z);
    vec3 vector = normalize(light - Position);
    TangentSurface2Light = mat * vector;
    vector = normalize(-Position);
    TangentSurface2View = mat * vector;
}

片段着色器

#version 330

in vec3 Position;
in vec3 Normal;
in vec3 Tangent;
in vec3 Color;
in vec2 TexCoord;

in vec3 TangentSurface2Light;
in vec3 TangentSurface2View;

out vec4 outColor;

uniform vec3 lightPos;
uniform mat4 view;
uniform sampler2D texture0;
uniform sampler2D texture_normal; // normal

uniform float repeatFactor = 1;

void main()
{   
    vec4 texColor = texture(texture0, TexCoord * repeatFactor);
    vec3 light = vec3(view * vec4(lightPos, 1.0));
    float dist = length(light - Position);
    float att = 1.0 / (1.0 + 0.01 * dist + 0.001 * dist * dist);
    // Ambient
    vec4 ambient = vec4(0.2);
    // Diffuse
    vec3 surface2light = normalize(TangentSurface2Light);
    vec3 norm = normalize(texture(texture_normal, TexCoord * repeatFactor).xyz * 2.0 - 1.0); 
    float contribution = max(dot(norm, surface2light), 0.0);
    vec4 diffuse = contribution * vec4(0.8);
    // Specular
    vec3 surf2view = normalize(TangentSurface2View);
    vec3 reflection = reflect(-surface2light, norm); // reflection vector
    float specContribution = pow(max(dot(surf2view, reflection), 0.0), 32);
    vec4 specular = vec4(0.6) * specContribution;

    outColor = (ambient + (diffuse * att)+ (specular * pow(att, 3))) * texColor;
}

OpenGL绘图代码

void Render()
{
    ...

    glm::mat4 view, projection; // Model will be done via MatrixStack
    view = glm::lookAt(position, position + direction, up); // cam pos, look at (eye pos), up vec
    projection = glm::perspective(45.0f, (float)width/(float)height, 0.1f, 1000.0f);
    glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(basicShader.shaderProgram, "view"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));
    glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(basicShader.shaderProgram, "projection"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));

    // Lighting
    lightPos.x = 0.0 + sin(time / 125) * 10;

    glUniform3f(glGetUniformLocation(basicShader.shaderProgram, "lightPos"), lightPos.x, lightPos.y, lightPos.z);

    // Objects  (use bump mapping on this cube)
    bumpShader.Use();
    glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "view"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));
    glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "projection"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));
    glUniform3f(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "lightPos"), lightPos.x, lightPos.y, lightPos.z);
    MatrixStack::LoadIdentity();
    MatrixStack::Scale(2);
    MatrixStack::ToShader(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "model"));

    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, resources.GetTexture("container"));
    glUniform1i(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "img"), 0);
    glActiveTexture(GL_TEXTURE1); // Normal map
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, resources.GetTexture("container_normal"));
    glUniform1i(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "normalMap"), 1);

    glUniform1f(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "repeatFactor"), 1);
    cubeNormal.Draw();

    MatrixStack::LoadIdentity();
    MatrixStack::Translate(glm::vec3(0.0f, -22.0f, 0.0f));
    MatrixStack::Scale(glm::vec3(200.0f, 20.0f, 200.0f));
    MatrixStack::ToShader(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "model"));
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, resources.GetTexture("floor"));
    glActiveTexture(GL_TEXTURE1); // Normal map
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, resources.GetTexture("floor_normal"));
    glUniform1f(glGetUniformLocation(bumpShader.shaderProgram, "repeatFactor"), 100);
    cubeNormal.Draw();

    MatrixStack::LoadIdentity();
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);

    ...
}

修改我现在使用启用了'aiProcess_CalcTangentSpace'标志的ASSIMP库加载我的对象，并相应地更改了我的着色器以适应新的更改。由于ASSIMP现在自动计算正确的切向量，我应该有有效的切向量，我的问题应该得到解决（正如Nicol Bolas所说），但我仍然有同样的问题，镜面光线表现奇怪，漫反射光照并没有真正出现。我猜还有其他东西不能正常工作。我将你的答案取消标记为正确的答案Nicol Bolas（现在）并相应地更新了我的代码，因为我仍然缺少一些东西。

它可能与翻译有关。一旦我将一个平移（y方向为-22.0f）添加到模型矩阵，它就会对奇怪的光照做出反应。只要地板（实际上是立方体）没有平移，灯光看起来就很好。

Answer 1

计算顶点着色器中的切向量

那是你的问题。对于任意表面来说，这是不可能的。

切线和切线不是彼此垂直的任意矢量。它们是指向纹理坐标方向的模型空间方向向量。 S纹理坐标方向上的切点，以及T纹理坐标方向上的切点（如果您愿意，则为tex坐标的U和V）。

这有效地计算纹理相对于表面上每个顶点的方向。您需要此方向，因为当您想要了解切线空间矢量时，纹理映射到曲面的方式很重要。

请记住：切线空间是垂直于曲面的空间。但是，您需要知道该表面如何映射到对象，以便知道例如“向上”的位置。取一个正方形表面。您可以映射纹理，使正方形的+ Y部分沿纹理的+ T方向定向。或者它可能沿着广场的+ X.您甚至可以对其进行映射，以使纹理失真或以任意角度旋转。

切线和切线向量用于校正此映射。它们指向模型空间中的S和T方向。因此，结合法线，它们形成一个变换矩阵，从切线空间转换为3个矢量所在的任何空间（通常将NBT转换为相机空间或用于照明的任何空间，然后再使用它们）。

你无法计算它们，只需取正常值并将其与某个任意向量交叉即可。这会产生垂直法线，但不会产生右。

为了正确计算切线/比特，您需要访问多个顶点。您需要能够看到纹理坐标如何在网格表面上发生变化，这就是计算相对于网格的S和T方向的方式。

顶点着色器无法访问多个顶点。几何着色器也不能（通常）访问足够的顶点来执行此操作。计算CPU上的切线/比特离线。

Answer 2

 mat3 mat = mat3(t.x, b.x ,n.x, t.y, b.y ,n.y, t.z, b.z ,n.z);

错了。为了正确使用tbn矩阵，您必须转置它，如下所示：

 mat3 mat = transpose(mat3(t.x, b.x ,n.x, t.y, b.y ,n.y, t.z, b.z ,n.z));

然后使用它来转换光线并将矢量视图切换到切线空间。或者（并且效率较低），将未转置的tbn矩阵传递给片段着色器，并使用它将采样的法线转换为视图空间。这很容易错过，但非常重要。有关详细信息，请参阅http://www.opengl-tutorial.org/intermediate-tutorials/tutorial-13-normal-mapping/。

另一方面，您可以对顶点着色器进行次要优化，就是计算cpu上每个网格的法线矩阵，因为它对网格上的所有顶点都是相同的，因此减少了不必要的计算

法线贴图和灯光出错，无法正确显示

2 个答案: