运动物体的漫射照明

Question

在计算移动物体的漫射照明时，我必须将发光源与物体本身一起移动：

@Override
public void draw() { // draw frame
  ...
  // Move object
  GLES20.glVertexAttribPointer(aPositionLink, 3, GLES30.GL_FLOAT,
                    false, 0, object3D.getVertices());
  // The luminous source moves nearby the object, so the 
  // object is always illuminated from one side
  GLES20.glUniform3f(lightPositionLink, object3D.getX(),
        object3D.getY(), object3D.getZ() + 2.0f);
  ...
}

顶点着色器片段：

#version 300 es
uniform mat4 u_mvMatrix; // model-view matrix of object
uniform vec3 u_lightPosition; // position of the luminous source
in vec4 a_position; // vertex data is loaded here
in vec3 a_normal; // normal data is loaded here
struct DiffuseLight { 
  vec3 color; 
  float intensity; 
};
uniform DiffuseLight u_diffuseLight;
...
void main() {
  ...
  vec3 modelViewNormal = vec3(u_mvMatrix * vec4(a_normal, 0.0));
  vec3 modelViewVertex = vec3(u_mvMatrix * a_position);
  // calculate the light vector by subtracting the
  // position of the object from the light position
  vec3 lightVector = normalize(u_lightPosition - modelViewVertex);
  float diffuse = max(dot(modelViewNormal, lightVector), 0.1);
  float distance = length(u_lightPosition - modelViewVertex);
  diffuse = diffuse * (1.0 / (1.0 + pow(distance, 2.0)));
  // calculate the final color for diffuse lighting
  lowp vec3 diffuseColor = diffuse * u_diffuseLight.color * u_diffuseLight.intensity;
  v_commonLight = vec4((ambientColor + diffuseColor), 1.0);
  ...
}

这样做对吗？还是有另一个合理的选择，固定光源，以不花费资源计算的位置发光源每帧？注意:增加距离没有帮助。提前谢谢。

解决方案：

根据Rabbid76的建议，我采用了here所描述的方向光。

Answer 1

我必须移动发光源和对象本身

为什么光源和物体一起移动？

如果光是世界上的点光源，物体移动，那么物体的照度就会改变(在“真实”世界中)。

在您的情况下，照明是在视图空间中计算的。如果光源是世界上的一个点，那么您必须通过视图矩阵来转换位置(视图矩阵从世界空间转换到视图空间)。例如：

uniform mat4 u_viewMatrix;

void main()
{
    // [...]

    vec3 lightPosView = vec3(u_viewMatrix * vec4(u_lightPosition.xyz, 1.0)); 
    vec3 lightVector  = normalize(u_lightPosition - modelViewVertex);

    // [...]
}

无论如何，如果物体移动，光源以某种方式锚定在物体上，你就必须将转换应用到对象的顶点，也应用到光源。

在这种情况下，u_lightPosition必须是对象模型空间中的一个位置，这意味着它相对于对象(u_lightModelPosition)。然后你就可以：

uniform vec3 u_lightModelPosition; 

void main()
{
    mat3 normalMat       = inverse(transpose(mat3(u_mvMatrix)));
    vec3 modelViewNormal = normalMat * a_normal;
    vec3 modelViewVertex = vec3(u_mvMatrix * a_position);
    vec3 modelViewLight  = vec3(u_mvMatrix * vec4(u_lightModelPosition, 1.0));

    vec3 lightVector = normalize(modelViewLight - modelViewVertex);

    // [...]
}

如果你想要一个灯，那不取决于位置，你必须使用方向灯。在这种情况下，光源不是世界上的一个点，它只是一个方向。例如：

vec3 lightVector = -u_lightRayDirection;

u_lightRayDirection必须在光计算的空间。由于照明是在视图空间中计算的，所以u_lightRayDirection也必须是视图空间中的一个方向。如果u_lightRayDirection是世界空间中的一个向量，那么它必须由mat3(u_viewMatrix)变换。

方向灯没有距离(或恒定距离)。

如果光源锚定在摄像机上，则根本不需要转换(因为您可以看到空间中的光线计算)。