基于法线的边缘检测

http://blog.youkuaiyun.com/xoyojank/article/details/3422631

在边缘高亮效果中我提到过两种方法, 各有优缺点吧

 

图像空间域的边缘检测效果比较好, 中间没有多余的线条. 缺点是PS中计算比较慢

第二种把模型"放大"(其实是变胖)的做法, 可以在VS中完成, 不需要额外的RenderTarget, 适合低端显卡使用, 适应性好. 不如果模型法线信息不对的话, 会造成画面错乱. 实际使用时可以根据W值(不用Z深度)来画出远近粗细一样的线条

 

这次提到的基于法线的方法, 其实跟2D的空间域边缘检测很相似, 如果要求结果是绘制物体的线条图而不仅仅是一个边缘轮廓时, 它就派上用场了. (还是要用PS去算, 实际使用时要注意性能问题)

 

基本的渲染流程(2 pass):

第一个pass用于生成法线图到一张RenderTarget上, 第二个pass跟据这张法线图来做边缘检测. 实际使用时可以采用Multi-RenderTarget来加速

 

法线信息要在pixel shader里进行向量化, 不然会在一些面上出块很淡的颜色. 如果对质量要求不高, 可以在VS中进行向量化.

RenderTarget要Clear成单位化的值, 我用的(0,0,1), 即纯蓝色

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1. /*********************VS*********************/  
2. float4x4 matViewProjection;  
3.   
4. struct VS_INPUT   
5. {  
6.    float4 Position : POSITION0;  
7.    float3 Normal   : NORMAL0;  
8. };  
9.   
10. struct VS_OUTPUT   
11. {  
12.    float4 Position : POSITION0;  
13.    float3 Normal   : TEXCOORD0;  
14. };  
15.   
16. VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input )  
17. {  
18.    VS_OUTPUT Output;  
19.   
20.    Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection );  
21.    Output.Normal = mul( Input.Normal, matViewProjection );  
22.      
23.    return( Output );  
24.      
25. }  
26. /*********************PS*********************/  
27. float4 ps_main(float3 normal : TEXCOORD0) : COLOR0  
28. {     
29.    return(float4(normalize(normal), 1.0f));  
30. }  

/*********************VS*********************/ float4x4 matViewProjection; struct VS_INPUT { float4 Position : POSITION0; float3 Normal : NORMAL0; }; struct VS_OUTPUT { float4 Position : POSITION0; float3 Normal : TEXCOORD0; }; VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input ) { VS_OUTPUT Output; Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection ); Output.Normal = mul( Input.Normal, matViewProjection ); return( Output ); } /*********************PS*********************/ float4 ps_main(float3 normal : TEXCOORD0) : COLOR0 { return(float4(normalize(normal), 1.0f)); }

注意法线图的格式是浮点数格式, 我用的是D3DFMT_A16B16G16R16F(因为法线有负值, 你也可以自己压缩到[0,1]再解开)

 

有了这张法线图就很好办了, 对每个像素计算它与周围像素的法线夹角余弦值的和, 再取反(1-degree), 这样就能计算出来边缘了

依据就是边缘处的法线夹角比较大, 余弦值更接近0甚至为负值.

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1. sampler TexNormal;  
2. float2 fInverseViewportDimensions;  
3.   
4. float2 PixelKernel[4] =  
5. {  
6.     { 0,  1},  
7.     { 1,  0},  
8.     { 0, -1},  
9.     {-1,  0}  
10. };  
11.   
12. float4 ps_main(float2 texCoord : TEXCOORD0) : COLOR0  
13. {  
14.    float4 origin = tex2D(TexNormal, texCoord);  
15.    float3 sum = 0;  
16.    for (int i = 0; i < 4; i++)  
17.    {  
18.       float2 texel = texCoord + PixelKernel[i] * fInverseViewportDimensions;  
19.       sum += saturate(1.0f - dot(origin.xyz, tex2D(TexNormal, texel).xyz));  
20.    }  
21.      
22.    return float4(sum, 1.0f);  
23. }  

sampler TexNormal; float2 fInverseViewportDimensions; float2 PixelKernel[4] = { { 0, 1}, { 1, 0}, { 0, -1}, {-1, 0} }; float4 ps_main(float2 texCoord : TEXCOORD0) : COLOR0 { float4 origin = tex2D(TexNormal, texCoord); float3 sum = 0; for (int i = 0; i < 4; i++) { float2 texel = texCoord + PixelKernel[i] * fInverseViewportDimensions; sum += saturate(1.0f - dot(origin.xyz, tex2D(TexNormal, texel).xyz)); } return float4(sum, 1.0f); }

最终效果:

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