opengl光照之四 光照贴图 Lighting Maps
上一节中的那个材质系统是肯定不够的,它只是一个最简单的模型,所以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
它是一个表现了物体所有的漫反射颜色的纹理图像。
在着色器中使用漫反射贴图的方法和纹理教程中是完全一样的。但这次会将纹理储存为Material结构体中的一个sampler2D。将之前定义的vec3漫反射颜色向量替换为漫反射贴图。
注意sampler2D是所谓的不透明类型(Opaque Type),也就是说不能将它实例化,只能通过uniform来定义它。如果使用除uniform以外的方法(比如函数的参数)实例化这个结构体,GLSL会抛出一些奇怪的错误。
也移除了环境光材质颜色向量,因为环境光颜色在几乎所有情况下都等于漫反射颜色,所以不需要将它们分开储存:
struct Material {
sampler2D diffuse;
vec3 specular;
float shininess;
};
...
in vec2 TexCoords;
在片段着色器中再次需要纹理坐标,所以声明一个额外的输入变量。 接下来只需要从纹理中采样片段的漫反射颜色值即可:
vec3 diffuse = light.diffuse * diff * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
不要忘记将环境光得材质颜色设置为漫反射材质颜色同样的值。
vec3 ambient = light.ambient * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
为了让它正常工作,还需要使用纹理坐标更新顶点数据,将它们作为顶点属性传递到片段着色器,加载材质并绑定材质到合适的纹理单元。
float vertices[] = {
// positions // normals // texture coords
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f
};
顶点数据现在包含了顶点位置、法向量和立方体顶点处的纹理坐标。让我们更新顶点着色器来以顶点属性的形式接受纹理坐标,并将它们传递到片段着色器中:
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aNormal;
layout (location = 2) in vec2 aTexCoords;
...
out vec2 TexCoords;
void main()
{
...
TexCoords = aTexCoords;
}
记得去更新两个VAO的顶点属性指针来匹配新的顶点数据,并加载箱子图像为一个纹理。在绘制箱子之前,我们希望将要用的纹理单元赋值到material.diffuse这个uniform采样器,并绑定箱子的纹理到这个纹理单元:
lightingShader.setInt("material.diffuse", 0);
...
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, diffuseMap);
完整代码: github.com/realjf/opengl/src/lighting/04
镜面光贴图
镜面高光的强度可以通过图像每个像素的亮度来获取。镜面光贴图上的每个像素都可以由一个颜色向量来表示,比如说黑色代表颜色向量vec3(0.0),灰色代表颜色向量vec3(0.5)。在片段着色器中,接下来会取样对应的颜色值并将它乘以光源的镜面强度。一个像素越「白」,乘积就会越大,物体的镜面光分量就会越亮。
由于箱子大部分都由木头所组成,而且木头材质应该没有镜面高光,所以漫反射纹理的整个木头部分全部都转换成了黑色。箱子钢制边框的镜面光强度是有细微变化的,钢铁本身会比较容易受到镜面高光的影响,而裂缝则不会。
使用Photoshop或Gimp之类的工具,将漫反射纹理转换为镜面光纹理还是比较容易的,只需要剪切掉一些部分,将图像转换为黑白的,并增加亮度/对比度就好了。
采样镜面光贴图
镜面光贴图和其它的纹理非常类似,所以代码也和漫反射贴图的代码很类似。记得要保证正确地加载图像并生成一个纹理对象。由于在同一个片段着色器中使用另一个纹理采样器,必须要对镜面光贴图使用一个不同的纹理单元
lightingShader.setInt("material.specular", 1);
...
glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, specularMap);
接下来更新片段着色器的材质属性,让其接受一个sampler2D而不是vec3作为镜面光分量:
struct Material {
sampler2D diffuse;
sampler2D specular;
float shininess;
};
最后采样镜面光贴图,来获取片段所对应的镜面光强度:
vec3 ambient = light.ambient * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
vec3 diffuse = light.diffuse * diff * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
vec3 specular = light.specular * spec * vec3(texture(material.specular, TexCoords));
FragColor = vec4(ambient + diffuse + specular, 1.0);
通过使用镜面光贴图我们可以可以对物体设置大量的细节,比如物体的哪些部分需要有闪闪发光的属性,甚至可以设置它们对应的强度。镜面光贴图能够在漫反射贴图之上给予更高一层的控制。