CSharpGL(43)环境映射(Environment Mapping)-天空盒(Skybox)反射(Reflection)和折射(Refraction)
CSharpGL(43)环境映射(Environment Mapping)-天空盒(Skybox)反射(Reflection)和折射(Refraction)
开始
如图所示,本文围绕GLSL里的samplerCube记录天空盒(Skybox)、反射(reflection)、折射(refraction)的实现。
下载
CSharpGL已在GitHub开源,欢迎对OpenGL有兴趣的同学加入(https://github.com/bitzhuwei/CSharpGL)
天空盒(Skybox)
samplerCube
想在三维场景里渲染出天空和大地,可以利用一个巨大的立方体,把6个连接的图片分别贴在立方体的6个面上。
这样的立方体就是所谓的天空盒(Skybox)。
OpenGL提供了一个GL_TEXTURE_CUBE_MAP类型的纹理,其本身就是一个立方体,自带6个纹理面。它对应的GLSL里的类型就是samplerCube。SamplerCube正适合做天空盒。
SkyboxNode
渲染天空盒,实际上就是渲染一个巨大的立方体,并且用samplerCube为其上色。
其vertex shader如下:
1 #version 330 core 2 3 layout(location = 0) in vec3 inPosition;// 顶点位置 4 5 uniform mat4 mvpMatrix; 6 7 out vec3 texCoord;// 立方体纹理在此顶点处的坐标值 8 9 void main() 10 { 11 vec4 position = mvpMatrix * vec4(inPosition, 1.0); 12 gl_Position = position.xyww;// 保证天空盒的深度始终为最深 13 texCoord = inPosition;// 立方体纹理的特殊情况 14 }
注意,这里的gl_Position = position.xyww;,是为了保证天空盒的深度始终为最深。这样就不会遮挡住场景里的其他物体。再注意,texCoord = inPosition;这句,就要求我们的天空盒模型必须是中心在坐标原点的立方体,这样才能保证inPosition在数值上等于此顶点的纹理坐标值。
其fragment shader如下:
1 #version 330 core 2 3 uniform samplerCube skybox; 4 5 in vec3 texCoord; 6 7 out vec4 color; 8 9 void main() 10 { 11 color = texture(skybox, texCoord); 12 }
极其简单,就是从skybox纹理中取出对应位置的颜色,写入Framebuffer。
如果把镜头拉远,你会看到所谓的天空盒是这样的:一个剔除了正面的立方体
反射(Reflection)
利用samplerCube,可以实现一个反射效果——根据反射原理,把天空盒的纹理贴到模型上,看上去的感觉是,模型像镜子一样反射了周围的东西。此即为环境映射的一种。
GLSL自带了反射函数reflect(,);
实现反射的vertex shader如下:
1 #version 330 core 2 3 layout (location = 0) in vec3 inPosition; 4 layout (location = 1) in vec3 inNormal; 5 6 uniform mat4 projection; 7 uniform mat4 view; 8 uniform mat4 model; 9 10 out vec3 passNormal; 11 out vec3 passPosition; 12 13 void main() 14 { 15 gl_Position = projection * view * model * vec4(inPosition, 1.0); 16 17 passNormal = mat3(transpose(inverse(model))) * inNormal; 18 passPosition = vec3(model * vec4(inPosition, 1.0)); 19 }
此vertex shader做了3件事:1.给gl_Position赋值。2.传递world space里的法线passNormal。3.传递world space里的位置passPosition。
下面根据反射原理为模型上色(fragment shader):
1 #version 330 core 2 3 uniform vec3 cameraPos; 4 uniform samplerCube skybox; 5 6 in vec3 passNormal; 7 in vec3 passPosition; 8 9 out vec4 FragColor; 10 11 void main() 12 { 13 vec3 I = normalize(passPosition - cameraPos); 14 vec3 R = reflect(I, normalize(passNormal)); 15 FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1.0); 16 }
这里利用reflect函数找到反射方向(即纹理坐标),从而找到目标颜色。
折射(Refraction)
折射与反射类似,也是一种环境映射方式。其vertex shader与反射相同,fragment shader也只有一点点不同:利用GLSL内置的refract()函数找到折射方向。
1 #version 330 core 2 3 uniform vec3 cameraPos; 4 uniform samplerCube skybox; 5 6 in vec3 passNormal; 7 in vec3 passPosition; 8 9 out vec4 FragColor; 10 11 void main() 12 { 13 float ratio = 1.00 / 1.52; 14 vec3 I = normalize(passPosition - cameraPos); 15 vec3 R = refract(I, normalize(passNormal), ratio); 16 FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1); 17 }
注意,这里有个ratio是指两种透明物体的折射率。1.52是玻璃对空气的折射率。再注意,这里我们只计算了一个面的折射,然而本文的模型有光线的进入和穿出两次折射。不过一般这样也没关系,最终效果还是不错的。
总结
没什么可总结的。
微信扫码,自愿捐赠。天涯同道,共谱新篇。
微信捐赠不显示捐赠者个人信息,如需要,请注明联系方式。 |