在openGL中使用照明进行正常映射

Question

我正在尝试在片段着色器中实现法线贴图和照明。但我的密码似乎不起作用。我的想法是将ModelMatrix的额外副本传递给片段着色器，以便它可以变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，我在顶点着色器中计算了TBN矩阵，将TBN基变换为世界空间，将光位置和眼位置转换为切线空间。但这一次，这颗行星根本就不发光！只显示环境光。然后我发现这是因为漫反射组件的计算结果为负值，然后被钳制为0。我似乎在着色器中找不到bug。

顶点着色器：

#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;
}

碎片着色器：

#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

你的方法是采用法线贴图，并通过模型矩阵对其进行转换。这只有在法线贴图是世界空间法线贴图时才有效。世界空间法线贴图很少使用，通常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，那么你可以检查纹理——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法线贴图，如果它颜色非常多，那么它可能是世界空间的，我的答案对你来说是错误的。

要使用切线空间法线贴图，您需要做更多的工作。通常，在顶点着色器中，您会得到一些基向量（法线、二正态和切线又名NBT），您可以使用这些向量将法线贴图转换为世界空间，或者将光线位置转换为切线空间（后者通常对于少量灯光更有效，因为您在顶点着色器中做了更多的工作）。

切线空间很难让你的头脑清醒过来，我建议你围绕主题读一读。这篇文章可能是一个不错的开始。