OpenGL着色器-Gouraud和Phong着色中的法线？

Question

我似乎无法理解从顶点到像素的OpenGL管道过程。

有人能告诉我顶点法线在这两种着色技术中有多重要吗？据我所知，在gouraud中，在每个顶点计算照明，然后在顶点之间的多边形上插值结果颜色（在光栅化之前，这是在片段操作中完成的吗？），phong着色包括首先插值顶点法线，然后计算每个法线上的照明。

另一件事是，当凹凸贴图应用于一个平面（2个三角形）和一个砖纹理作为漫反射时，使用其相应的凹凸贴图，所有这些都使用gouraud着色。凹凸贴图包括根据凹凸贴图通过渐变改变法线。但它会在何时（在片段着色器处）改变什么法线如果只有4条法线（4个顶点=平面），且所有4条法线都相同。在Gouraud中，在照明计算后插值每个顶点的颜色，但此计算是在更改法线后完成的。

灯光是如何工作的？

Answer 1

首先，编写一个简单的着色器不需要了解整个图形管道：）。但是，当然，你应该知道发生了什么。你可以阅读《实时渲染》（real-time rendering，第三版）中的图形管道章节（möller，hofmann，akenine moller）。你所描述的是逐顶点和逐片段照明。对于这两种计算，顶点法线都是方程的一部分。对于凹凸贴图着色器，可以更改插值法线。所以在光栅化之后，你会有一些片段，其中缺失的数据必须被计算出来，以确定最终的像素颜色。

Answer 2

法线贴图是模拟凹凸曲面的技术之一，它基本上会在计算像素上的光方程之前扰动每像素法线。

例如，一种实现方法需要插值曲面法线和副法线（2个切线空间基），并计算每像素的第三个（2个1向量，它们是切线基）。这种技术还需要对光矢量进行插值。有了这3个（2 1计算）向量（命名为tagent space basis），你就有了一种将光向量从对象空间更改为tagent空间的方法。这是因为这3个矢量可以被排列成3x3矩阵，可以用来改变光方向矢量的基础。

然后，只需使用tagent空间光向量并计算每个像素的光方程，其中最基本的形式是tagent空间光向量和法线贴图（凹凸纹理）之间的点积。

这就是法线贴图的外观（法线组件存储在纹理的每个通道中，并且已经在切线空间中）：

这是一种方法，您可以在视图空间中计算事物，但上述方法更容易理解。

旧的凹凸贴图要简单得多，也是一种假效果。

所有凹凸贴图技术都在像素级操作，因为它们以某种方式干扰曲面的渲染方式。即使是旧的浮雕凹凸贴图也会按像素进行一些计算。

编辑：我添加了更多的澄清，当我有空闲时间时，我会尝试添加一些数学和示例。尽管有很多资源可以详细解释这一点。

Answer 3

顶点法线对于Gouraud和Phong着色都是绝对必要的。

在Gouraud着色中，照明是逐顶点计算的，然后在三角形上插值。

在Phong着色中，法线沿三角形插值，然后按像素/片段进行计算。

凹凸贴图指的是一系列不同的技术。在进行法线映射（可能是当今最常见的一种）时，会按顶点计算法线、双切线（通常被错误地称为双法线）和切线，以构建基础矩阵。然后在三角形上插值该基矩阵。然后，从法线贴图检索的法线通过该基矩阵进行变换，然后按像素执行照明。

上面的法线贴图技术有一些扩展，允许凹凸在后面隐藏其他凹凸。这通常是通过将高度贴图与法线贴图一起存储，然后光线在高度贴图中移动以查找被遮挡的部分来执行的。这种技术被称为地形测绘。

还有其他较旧的形式，如DUDV凹凸映射（在DirectX 6中作为环境映射、凹凸映射或EMBM实现）。

还有浮雕凹凸贴图这是凹凸贴图的早期方法

编辑：作为对你评论的回应，浮雕凹凸映射可以在古鲁德阴影三角形上执行。其他形式的凹凸映射必然是每像素（因为它们是通过在每像素（或至少每像素）的基础上修改表面法线来工作的）。如果有其他方法可以在每顶点照明下执行，我不会感到惊讶，但我想不出任何方法。不过，与在每像素的基础上进行相比，结果看起来相当垃圾。

Re：切线和双切线实际上非常简单，一旦你了解它们（虽然花了我很多年，tbh；）。任何3D坐标框架都可以由一组形成正交基矩阵的向量来定义。通过设置每个顶点的法线、切线和双切线，您只需在每个顶点设置坐标框架。由此，您可以将世界或对象空间向量转换为三角形自己的坐标框架。从这里您可以简单地将光向量（或位置）转换为三角形表面上给定像素的坐标框架。这意味着法线贴图中的法线不需要存储在对象的空间中，因此当这些三角形四处移动时（例如，当被动画时），法线已经在它们自己的本地空间中被处理。