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我正在为教程和教学目的进行法线映射实现我想将 TBN 矩阵传递给片段着色器(来自顶点着色器),以便我可以将切线空间中的法线向量转换为世界空间以进行照明计算。法线贴图应用于 2D 平面,其法线指向正 z 方向。

但是,当我在平面的顶点着色器中计算 TBN 矩阵时(因此所有顶点的所有切线/双切线都相同),显示的法线完全关闭。如果我将切线/副切线和法线向量传递给片段着色器并在那里构造 TBN,它就可以正常工作,如下图所示(显示法线):

法线映射错误

这就是它变得奇怪的地方。因为平面是平的,所以 T、B 和 N 向量对于它的所有顶点都是相同的,因此每个片段的 TBN 矩阵也应该是相同的(因为片段插值不会改变任何东西)。顶点着色器中的 TBN 矩阵应该与片段着色器中的 TBN 矩阵完全相同,但视觉输出另有说明。

顶点着色器和片段着色器的源代码如下:

顶点:

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 position;
layout (location = 1) in vec3 normal;
layout (location = 2) in vec2 texCoords;
layout (location = 3) in vec3 tangent;
layout (location = 4) in vec3 bitangent;

out VS_OUT {
    vec3 FragPos;
    vec3 Normal;
    vec2 TexCoords;
    vec3 Tangent;
    vec3 Bitangent;
    mat3 TBN;
} vs_out;

uniform mat4 projection;
uniform mat4 view;
uniform mat4 model;

void main()
{
    gl_Position = projection * view * model * vec4(position, 1.0f);
    vs_out.FragPos = vec3(model * vec4(position, 1.0));   
    vs_out.TexCoords = texCoords;

    mat3 normalMatrix = transpose(inverse(mat3(model)));
    vs_out.Normal = normalize(normalMatrix * normal);

    vec3 T = normalize(normalMatrix * tangent);
    vec3 B = normalize(normalMatrix * bitangent);
    vec3 N = normalize(normalMatrix * normal);
    vs_out.TBN = mat3(T, B, N);

    vs_out.Tangent = T;
    vs_out.Bitangent = B;
}

分段

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in VS_OUT {
    vec3 FragPos;
    vec3 Normal;
    vec2 TexCoords;
    vec3 Tangent;
    vec3 Bitangent;
    mat3 TBN;
} fs_in;

uniform sampler2D diffuseMap;
uniform sampler2D normalMap;

uniform vec3 lightPos;
uniform vec3 viewPos;

uniform bool normalMapping;

void main()
{           
    vec3 normal = fs_in.Normal;
    mat3 tbn;
    if(normalMapping)
    {
        // Obtain normal from normal map in range [0,1]
        normal = texture(normalMap, fs_in.TexCoords).rgb;
        // Transform normal vector to range [-1,1]
        normal = normalize(normal * 2.0 - 1.0);   
        // Then transform normal in tangent space to world-space via TBN matrix
        tbn = mat3(fs_in.Tangent, fs_in.Bitangent, fs_in.Normal); // TBN calculated in fragment shader
        // normal = normalize(tbn * normal); // This works!
        normal = normalize(fs_in.TBN * normal); // This gives incorrect results
    }

    // Get diffuse color
    vec3 color = texture(diffuseMap, fs_in.TexCoords).rgb;
    // Ambient
    vec3 ambient = 0.1 * color;
    // Diffuse
    vec3 lightDir = normalize(lightPos - fs_in.FragPos);
    float diff = max(dot(lightDir, normal), 0.0);
    vec3 diffuse = diff * color;
    // Specular
    vec3 viewDir = normalize(viewPos - fs_in.FragPos);
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
    vec3 halfwayDir = normalize(lightDir + viewDir);  
    float spec = pow(max(dot(normal, halfwayDir), 0.0), 32.0);

    vec3 specular = vec3(0.2) * spec; // assuming bright white light color
    FragColor = vec4(ambient + diffuse + specular, 1.0f);
    FragColor = vec4(normal, 1.0); // display normals for debugging
}

两个 TBN 矩阵明显不同。下面我编译了不同片段着色器输出的图像:

法线映射不同的输出

您可以看到 T、B 和 N 向量是正确的,片段着色器的tbn矩阵也是正确的,但是来自顶点着色器的 TBN 矩阵fs_in.TBN给出了完全虚假的值。

我完全不知道为什么它不起作用。我知道我可以简单地将 Tangent 和 Bitangent 向量传递给片段着色器,在那里计算并完成它,但我很好奇这不起作用的确切原因?

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1 回答 1

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一些一般性说明:

1) 您应该在片段着色器中对 、 和 进行归一化fs_in.Tangentfs_in.Bitangent因为fs_in.Normal不能保证它们在变化插值之后。它们应该被归一化,因为它们是坐标系的基向量。

2)您不需要传递所有三个,切线,双切线和法线,因为可以使用叉积计算其中之一:bitangent = cross(tangent, normal)。这一点也支持传递(两个)向量而不是整个矩阵。

对于您的问题,为什么在片段着色器中fs_in.TBN看起来不像:tbn

您提供的图像确实看起来很奇怪。看起来矩阵的向量以某种方式混合在一起。你得到哪个输出,显示转置矩阵transpose(fs_in.TBN)

还要确保正确访问矩阵的列,如 [1] 中所述!(看起来他们是,但请仔细检查,你永远不知道。)

[1] 极客3D;GLSL 4×4 矩阵字段;http://www.geeks3d.com/20141114/glsl-4x4-matrix-mat4-fields/

于 2017-12-11T16:31:49.853 回答