openGL CG3-Pixel Lighting

在上一篇教程中介绍了phong model下的一般光照，并且用Cg着色语言实现了固定渲染管线中gouraud shading光照效果。由于是基于vertex的光照，虽然采用gouraud shading要比flat shading效果好的多，但是和phong shading的效果相差很大。这里大家要注意的是，phong model和phong shading的区别。上一篇教程所讲的光照模型叫phong model，而这篇教程要介绍的一种着色方法叫phong shading，必须要使用shader才能实现。下面的图中对比了采用flat shading，gouraud shading和phong shading技术渲染的一个圆环。

有了上一篇教程的基础，用Cg来实现基于pixel lighing的phong shading光照就容易多了。绝大部分的Cg shader代码都是一样的，主要的改变就是这次不是在vertex shader里光照，而是在fragment shader里计算光照。所以整个vertex shader的代码很简单，将要渲染的物体的顶点位置，顶点法线传入fragment shader就是vertex shader的全部工作。整个vertex shader的代码如下。

03vs.cg

  

   

    

     [cpp] 
     view plain
     copy
     

    
   
   
struct output  
{  
      float4 position  : POSITION;      
      float3 objectPos : TEXCOORD0;     
      float3 normal     : TEXCOORD1;  
};  
   
output vs_main( float4 position : POSITION,  
                  float3 normal   : NORMAL,  
                  uniform float4x4 MV,  
                  uniform float4x4 MVP  
                    )  
{  
      output OUT;  
      OUT.position = mul(MVP, position);  
      OUT.objectPos = mul(MV, position).xyz;  
      OUT.normal = mul(MV, float4(normal,0.0)).xyz;  
   
      return OUT;  
}  
  
 

上面的代码的输出结构体中有三个成员。Position是传入的物体的顶点，该顶点将用ModelViewProjection矩阵转换成剪裁坐标系中的坐标供光栅化使用。一旦将坐标转换后，我们就无法在fragment shader中使用物体的顶点坐标了。由于要在fragment shader中计算光照，所以我们要将物体的顶点位置，顶点法线都传入到fragment shader中。这里物体转换前的顶点和法线分别使用了语义TEXCOORD0和TEXCOORD1，代表将它们作为纹理坐标后传入fragment shader。这样GPU会把顶点和法线信息当做纹理坐标来处理，在贴图的时候，GPU会根据纹理自动插值计算每个像素对应的颜色，而现在GPU插值计算出来的就是每个像素对应的坐标和法线信息了。有了这些数据就可以进行phong shading的计算了。光照计算的公式和方法和上一个教程介绍的一模一样。下面是fragment shader的代码。

03fs.cg

  

   

    

     [cpp] 
     view plain
     copy
     

    
   
   
uniform float3 LightPosition;  
uniform float3 eyePosition;  
uniform float3 I;  
uniform float3 Ka;  
uniform float3 Kd;  
uniform float3 Ks;  
uniform float shininess;  
   
struct input{  
      float3 objectPos: TEXCOORD0;     
      float3 normal   : TEXCOORD1;  
};  
   
struct output{  
      float4 color     : COLOR;  
};  
   
output fs_main( in input IN )  
{  
      output OUT;  
   
      float3 N = normalize(IN.normal);  
      float3 P = IN.objectPos;  
   
      float3 L = normalize(LightPosition - P);  
      float NdotL = max(dot(N,L),0);  
   
      float3 ambient = Ka * I;  
      float3 diffuse = Kd * I * NdotL;  
   
      float3 V = normalize(eyePosition - P);  
      float3 H = normalize(L+V);  
      float NdotH = pow(max(dot(N,H), 0), shininess);  
   
      if(NdotL<=0)  
           NdotH = 0.0;  
      float3 specular = Ks*I*NdotH;  
   
      float3 color = ambient + diffuse + specular;  
      OUT.color.xyz= color;  
      OUT.color.w = 1.0;  
   
      return OUT;  
}