Shader 逐顶点和逐像素光照

最新推荐文章于 2024-11-01 14:32:05 发布

子轩Q

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分类专栏：游戏图形学技术文章标签：图形 shader

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转自:http://blog.youkuaiyun.com/pizi0475/article/details/6968070

逐顶点光照

所谓逐顶点光照，简单地说就是在vetext shader中计算光照颜色，该过程将为每个顶点计算一次光照颜色，然后在通过顶点在多边形所覆盖的区域对像素颜色进行线形插值。现实中，光照值取决于光线角度，表面法线，和观察点（对于镜面高光来说）。具体实现时的shader代码如下：

[cpp]view plaincopy 
   
 //相关全局变量  
 shared float4x4 matWorldViewProj;  
 shared float4x4 matWorld;  
 shared float3 lightPosition;  
 shared float4 ambientLightColor;  
 shared float4 diffuseLightColor;  
 shared float4 specularLightColor;  
 shared float3 cameraPosition;   
   
 //VertexShader输出结构  
 struct VertexShaderOutput  
 {  
     float4 Position : POSITION;  
     float4 Color : COLOR0;  
 };  
   
 //PixelShader输入结构，只接受从VertexShader传来的颜色  
 struct PixelShaderInput  
 {  
     float4 Color: COLOR0;   
 };  
   
 VertexShaderOutput VertexDiffuseAndPhong(float3 position : POSITION,float3 normal : NORMAL )   
 {  
     VertexShaderOutput output;   
       
     //transform the input position to the output   
     output.Position = mul(float4(position, 1.0), matWorldViewProj);   
     float3 worldNormal = mul(normal, matWorld);   
     float4 worldPosition = mul(float4(position, 1.0), matWorld);  
     worldPosition = worldPosition / worldPosition.w;   
     float3 directionToLight = normalize(lightPosition - worldPosition.xyz);   
     float diffuseIntensity = saturate( dot(directionToLight, worldNormal));   
     float4 diffuse= diffuseLightColor * diffuseIntensity;   
     float3 reflectionVector = normalize(reflect(-directionToLight, worldNormal));   
     float3 directionToCamera = normalize(cameraPosition - worldPosition.xyz);   
     float4 specular = specularLightColor * pow(saturate(dot(reflectionVector,   
     directionToCamera)), 20);   
     output.Color = specular + diffuse + ambientLightColor;   
     output.Color.a = 1.0;  
      //return the output structure   
      return output;   
 }  
   
 float4  SimplePixelShader(PixelShaderInput input) : COLOR  
 {  
     return input.Color;   
 }  
   
 technique PerVertexDiffuseAndPhong  
 {  
     pass P0  
     {  
         //set the VertexShader state to the vertex shader function  
         VertexShader = compile vs_2_0 VertexDiffuseAndPhong();  
         //set the PixelShader state to the pixel shader function  
         PixelShader = compile ps_2_0 SimplePixelShader();  
     }  
 }   

由以上代码可见，各像素的颜色计算都是在VertexShader中实现的。程序截图如下：

逐顶点光照

当考虑光照时，大部分人都认为逐顶点光照已经足够好了。对于镶嵌度较高的模型来说是这样，但对某些多边形较少的模型来说却不一定。比如这个示例，球的多边形较少，可以明显看出棱角分明，高光效果也不理想。直接对顶点颜色进行插值所得的结果通常不够精确，特别是对面积较大的多边形来说。当处理高精度多边形模型时，由于每个多边形所覆盖的区域很小，因此插值之后每个像素的误差也很小，所以逐顶点光照可以工作的很好。而当处理低模时，这种误差就变的很大了。

逐像素光照

逐像素光照是对所有光照元素进行单独插值，简单地说就是在pixelshader中计算颜色。具体实现时的shader代码如下：

[cpp]view plaincopy 
   
 //全局变量  
 shared float4x4 matWorldViewProj;  
 shared float4x4 matWorld;   
 shared float3 cameraPosition;  
 shared float3 lightPosition;  
 shared float4 ambientLightColor;  
 shared float4 diffuseLightColor;   
 shared float4 specularLightColor;   
   
 struct VertexShaderOutputPerPixelDiffuse  
 {  
     float4 Position : POSITION;  
     float3 WorldNormal : TEXCOORD0;  
     float3 WorldPosition : TEXCOORD1;  
 };  
   
 struct PixelShaderInputPerPixelDiffuse  
 {  
     float3 WorldNormal : TEXCOORD0;   
     float3 WorldPosition : TEXCOORD1;   
 };  
   
 VertexShaderOutputPerPixelDiffuse PerPixelDiffuseVS( float3 position : POSITION, float3 normal : NORMAL )   
 {  
     VertexShaderOutputPerPixelDiffuse output;   
     //transform the input position to the output   
     output.Position = mul(float4(position, 1.0), matWorldViewProj);   
     output.WorldNormal = mul(normal, matWorld);   
     float4 worldPosition =  mul(float4(position, 1.0), matWorld);   
     output.WorldPosition = worldPosition / worldPosition.w;   
       
     //return the output structure   
     return output;  
 }  
   
 float4 DiffuseAndPhongPS(PixelShaderInputPerPixelDiffuse input) : COLOR  
 {  
     //calculate per-pixel diffuse   
     float3 directionToLight = normalize(lightPosition - input.WorldPosition);   
     float diffuseIntensity = saturate( dot(directionToLight, input.WorldNormal));   
     float4 diffuse = diffuseLightColor * diffuseIntensity;   
       
     //calculate Phong components per-pixel   
     float3 reflectionVector = normalize(reflect(-directionToLight, input.WorldNormal));   
     float3 directionToCamera = normalize(cameraPosition - input.WorldPosition);   
     //calculate specular component float4 specular = specularLightColor *   
     pow(saturate(dot(reflectionVector, directionToCamera)), 20);   
       
     //all color components are summed in the pixel shader   
     float4 color = specular + diffuse + ambientLightColor;   
     color.a = 1.0;   
     return color;   
 }   
   
 technique PerPixelDiffuseAndPhong  
 {  
     pass P0  
     {  
         VertexShader = compile vs_2_0 PerPixelDiffuseVS();   
         PixelShader = compile ps_2_0 DiffuseAndPhongPS();  
     }  
 }   