本人刚学OpenGL不久且自学，文中定有代码、术语等错误，欢迎指正
我写的项目地址：https://github.com/liujianjie/LearnOpenGLProject
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光照贴图
- 上一节手动设置材质的缺点
- 不能对一个物体的视觉输出提供足够多的灵活性。
- 将整个物体的材质定义为一个整体，但现实世界中的物体通常并不只包含有一种材质，而是由多种材质所组成
所以我们需要拓展之前的系统，引入漫反射和镜面光贴图(Map)。这允许我们对物体的漫反射分量（以及间接地对环境光分量，它们几乎总是一样的）和镜面光分量有着更精确的控制。
漫反射贴图
-
纹理作用
能够让我们根据片段在物体上的位置来获取颜色值，让我们能够逐片段索引其独立的颜色值
-
纹理变为漫反射贴图
在光照场景中，纹理通常叫做一个漫反射贴图(Diffuse Map)（3D艺术家通常都这么叫它），它是一个表现了物体所有的漫反射颜色的纹理图像。
例子1
glsl
#version 330 core
out vec4 FragColor;
in vec3 Normal;
in vec3 FragPos;
in vec2 TexCoords;// 纹理坐标
uniform vec3 viewPos;
struct Material {
sampler2D diffuse; // 纹理单元
vec3 specular; // 镜面光照颜色分量依旧是手动设置
float shininess;
};
uniform Material material;
// 光照强度
struct Light {
vec3 position;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
uniform Light light;
void main()
{
// 环境光照分量
float ambientStrength = 0.1;
// 从漫反射纹理读取颜色分量
vec3 ambient = light.ambient * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
// 漫反射光照分量
vec3 norm = normalize(Normal);
vec3 lightDir = normalize(light.position - FragPos);
float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0); // 得到光源对当前片段实际的漫反射影响
vec3 diffuse = light.diffuse * diff * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));// 从漫反射纹理读取颜色分量
// 镜面光照分量
float specularStrength = 0.5;
vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos); // 是观察者方向，不是观察者看向的方向
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);// 光源对当前片段的镜面光影响
vec3 specular = light.specular * (spec * material.specular); // 手动设置的镜面光照颜色分量
vec3 result = (ambient + diffuse + specular) ;
FragColor = vec4(result, 1.0);
}
-
可见
依旧是冯氏光照模型
-
镜面光照的颜色分量是手动设置的
-
而漫反射光照的颜色分量是读取纹理
vec3 diffuse = light.diffuse * diff * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
漫反射光照分量 = 光源漫反射颜色分量 * 对当前片段采样漫反射纹理颜色 * 光源对片段的漫反射影响
-
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aNormal;
layout (location = 2) in vec2 aTexCoords;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;
uniform mat4 model;
out vec3 FragPos;
out vec3 Normal;
out vec2 TexCoords;
void main()
{
gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
FragPos = vec3(model * vec4(aPos, 1.0));
Normal = aNormal;
TexCoords = aTexCoords;
}
cpp
要更新顶点数据（坐标、法线、纹理），要重新设置顶点属性指针，要加载纹理
// position attribute
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(2, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(6 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(2);
// load and create a texture
// -------------------------
unsigned int texture1 = loadTexture("assest/textures/container2.png");
// 纹理加载出过错，由于图片是rgba格式，没有自动读取格式，而是硬编码设置了rgb，所以导致错误
// 设置使用的纹理单元
lightingShader.use();
lightingShader.setInt("material.diffuse", 0);
// 绘制前绑定漫反射贴图-出过错，放在绘制光源cube那里
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
// render the cube
glBindVertexArray(cubeVAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
// 根据图片的通道不同，设置加载图像的参数
unsigned int loadTexture(char const* path)
{
unsigned int textureID;
glGenTextures(1, &textureID);
int width, height, nrComponents;
unsigned char* data = stbi_load(path, &width, &height, &nrComponents, 0);
if (data)
{
GLenum format;
if (nrComponents == 1)
format = GL_RED;
else if (nrComponents == 3)
format = GL_RGB;
else if (nrComponents == 4)
format = GL_RGBA;
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, format, width, height, 0, format, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
stbi_image_free(data);
}
else
{
std::cout << "Texture failed to load at path: " << path << std::endl;
stbi_image_free(data);
}
return textureID;
}
镜面光贴图
-
例子1效果的不足
如例子1的效果，木头不应该这么强的镜面光。
-
不足原因
因为我们手动设置的镜面光强度，适用于整个物体，整个物体的镜面光颜色分量都一样
-
需要镜面光贴图解决
引入镜面光贴图，将木头部分的颜色为黑色，glsl读取时会变成0，即：没有镜面光
而四周金属部分保持原样，glsl读取时会大于0，即：具有镜面光
例子2 采样镜面光贴图
相比例子1
-
cpp
增加了一个纹理，并设置它的纹理单元
-
glsl
镜面光不再是手动指定整个物体都是同一个颜色分量，而是读取材质的颜色作为颜色分量
#version 330 core out vec4 FragColor; in vec3 Normal; in vec3 FragPos; in vec2 TexCoords;// 纹理坐标 uniform vec3 viewPos; struct Material { sampler2D diffuse;// 纹理单元 //vec3 specular; // 镜面光照颜色分量依旧是手动设置 sampler2D specular;// 镜面光照颜色分量从纹理采样 float shininess; }; uniform Material material; // 光照强度 struct Light { vec3 position; vec3 ambient; vec3 diffuse; vec3 specular; }; uniform Light light; void main() { // 环境光照分量 float ambientStrength = 0.1; // 从漫反射纹理读取颜色分量 vec3 ambient = light.ambient * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords)); // 漫反射光照分量 vec3 norm = normalize(Normal); vec3 lightDir = normalize(light.position - FragPos); float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0); // 得到光源对当前片段实际的漫反射影响 vec3 diffuse = light.diffuse * diff * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));// 从漫反射纹理读取颜色分量 // 镜面光照分量 float specularStrength = 0.5; vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos); // 是观察者方向，不是观察者看向的方向 vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm); float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);// 光源对当前片段的镜面光影响 // vec3 specular = light.specular * (spec * material.specular); // 改变在这里 // 采样镜面光纹理颜色作为镜面光照颜色分量 vec3 specular = light.specular * spec * vec3(texture(material.specular, TexCoords)); vec3 result = (ambient + diffuse + specular) ; FragColor = vec4(result, 1.0); } -
效果
小结
什么是光照贴图
-
上节
lightingShader.setVec3("material.ambient", 1.0f, 0.5f, 0.31f); lightingShader.setVec3("material.diffuse", 1.0f, 0.5f, 0.31f); lightingShader.setVec3("material.specular", 0.5f, 0.5f, 0.5f); lightingShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);手动定义了物体的材质，即设置了环境光、漫反射光、镜面光照颜色分量
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而这节用光照贴图
代替手动定义材质，从光照贴图中读取三种光照的颜色分量。
光照贴图等同纹理，只不过在光照场景下，纹理被称为光照贴图。
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光照贴图包含
- 漫反射贴图
- 镜面光贴图
光照贴图如何影响颜色
-
漫反射贴图
根据各个片段的uv读取漫反射贴图上的颜色值，然后作为漫反射、环境光照颜色分量，乘以2.2节光源对片段的漫反射影响再乘以光源颜色分量。
-
镜面光贴图
根据各个片段的uv读取镜面光贴图上的颜色值，然后作为镜面光颜色分量，乘以2.2节光源对片段的镜面光影响再乘以光源颜色分量。