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。

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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。

 

posted @ 2017-07-29 18:00 BIT祝威 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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