本節(jié)書摘來自異步社區(qū)《OpenGL ES 2.0游戲開發(fā)（上卷）：基礎(chǔ)技術(shù)和典型案例》一書中的第6章，第6.5節(jié)光照的每頂點(diǎn)計(jì)算與每片元計(jì)算，作者 吳亞峰，更多章節(jié)內(nèi)容可以訪問云棲社區(qū)“異步社區(qū)”公眾號(hào)查看

6.5 光照的每頂點(diǎn)計(jì)算與每片元計(jì)算
OpenGL ES 2.0游戲開發(fā)（上卷）：基礎(chǔ)技術(shù)和典型案例
細(xì)心的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)，本章前面的案例都是在頂點(diǎn)著色器中進(jìn)行光照計(jì)算的。這是由于在頂點(diǎn)著色器中對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行光照計(jì)算后得到頂點(diǎn)的最終光照強(qiáng)度，再由管線插值后傳入片元著色器以計(jì)算片元的顏色，這樣一方面效率比較高；另一方面產(chǎn)生的光照效果也不錯(cuò)。

但由于這種計(jì)算方式插值的是基于頂點(diǎn)計(jì)算后的光照強(qiáng)度，因此在要求很高，希望有非常細(xì)膩光照效果的場(chǎng)合下就略顯粗糙了。本節(jié)將介紹另一種光照計(jì)算方式，其首先將插值后的法向量數(shù)據(jù)傳入片元著色器，然后在片元著色器中進(jìn)行光照計(jì)算。這種新的方式也稱為每片元光照，可以取得為更細(xì)膩的光照效果。

進(jìn)行案例開發(fā)之前需要首先了解一下本節(jié)兩個(gè)案例（Sample6_9和Sample6_10)的運(yùn)行效果，具體情況如圖6-21所示。

圖6-21中左側(cè)是每片元計(jì)算一次光照的案例Sample6_9的運(yùn)行效果，右側(cè)是每頂點(diǎn)計(jì)算一次光照的案例Sample6_10的運(yùn)行效果。從兩幅圖的對(duì)比中可以看出，每片元執(zhí)行一次光照使過渡更平滑，沒有明顯的邊緣。另外，僅從圖上觀察可能區(qū)別還不是很明顯，筆者建議讀者用真機(jī)運(yùn)行一下兩個(gè)案例，將光源設(shè)置在不同的位置觀察比較，區(qū)別會(huì)更明顯。
了解了兩個(gè)案例的運(yùn)行效果后，就可以進(jìn)行開發(fā)了。實(shí)際上這兩個(gè)案例主要是將前面6.2.5小節(jié)中的案例Sample6_5復(fù)制并修改了部分代碼而成的。其中Sample6_10僅修改了Java代碼中切割球面的角度以及繪制球體的次數(shù)，沒有本質(zhì)變化，這里不再贅述，需要的讀者請(qǐng)參考隨書光盤中的源代碼。

而案例Sample6_9除了也進(jìn)行了Sample6_10的Java代碼改動(dòng)外，還大面積修改了頂點(diǎn)著色器與片元著色器，具體情況如下所列。

（1）首先介紹Sample6_9中修改后的頂點(diǎn)著色器，其具體代碼如下。

1　　uniform mat4 uMVPMatrix; 　　　　　　　　　　　//總變換矩陣 2　　attribute vec3 aPosition;　　　　　　　　　　　//頂點(diǎn)位置 3　　attribute vec3 aNormal;　　　　　　　　　　　　//法向量 4　　varying vec3 vPosition;　　　　　　　　　　　　//用于傳遞給片元著色器的頂點(diǎn)位置 5　　varying vec3 vNormal;　　　　　　　　　　　　 //用于傳遞給片元著色器的法向量 6　　void main(){ 7　　　 gl_Position = uMVPMatrix * vec4(aPosition,1);//根據(jù)總變換矩陣計(jì)算此次繪制此頂點(diǎn)位置 8　　　 vPosition = aPosition; 　　　　　　　　　　　　//將頂點(diǎn)的位置傳給片元著色器 9　　　 vNormal = aNormal;　　　　　　　　　　　　　　 //將法向量傳給片元著色器 10　　}

從上述代碼中可以看出，頂點(diǎn)著色器比改動(dòng)前簡(jiǎn)單多了，沒有了計(jì)算光照的大量代碼，同時(shí)增加了將法向量通過易變變量傳入片元著色器的代碼。
（2）介紹完頂點(diǎn)著色器后，接著就應(yīng)該介紹改動(dòng)后的片元著色器了，其具體代碼如下。

1　　precision mediump float;　 //給出默認(rèn)浮點(diǎn)精度 2　　uniform float uR; //球的半徑 3　　uniform vec3 uLightLocation;　　　　　 //光源位置 4　　uniform mat4 uMMatrix; 　　　　　　　　 //變換矩陣 5　　uniform vec3 uCamera;　　　　　　　　　 //攝像機(jī)位置 6　　varying vec3 vPosition;　　　　　　　　 //接收從頂點(diǎn)著色器傳遞過來的頂點(diǎn)位置 7　　varying vec3 vNormal;　　　　　　　　 //接收從頂點(diǎn)著色器傳遞過來的法向量 8　　void pointLight(　　　　　　　　　　　 　 //定位光光照計(jì)算的方法 9　　　in vec3 normal,　　　　　　　　　　　　 //法向量 10　　　inout vec4 ambient,　　　　　　　　　 //環(huán)境光最終強(qiáng)度 11　　　inout vec4 diffuse,　　　　　　　　 //散射光最終強(qiáng)度 12　　　inout vec4 specular,　　　　　　　　 //鏡面光最終強(qiáng)度 13　　　in vec3 lightLocation,　　　　　　　 //光源位置 14　　　in vec4 lightAmbient,　　　　　　　 //環(huán)境光強(qiáng)度 15　　　in vec4 lightDiffuse,　　　　　　　 //散射光強(qiáng)度 16　　　in vec4 lightSpecular　　　　　　　 //鏡面光強(qiáng)度 17　　){ 18　　　ambient=lightAmbient;　　　　　　　　 //直接得出環(huán)境光的最終強(qiáng)度　 19　　　vec3 normalTarget=vPosition+normal;　//計(jì)算變換后的法向量 20　　　vec3 newNormal=(uMMatrix*vec4(normalTarget,1)).xyz-(uMMatrix*vec4(vPosition,1)).xyz; 21　　　newNormal=normalize(newNormal); 　　　//對(duì)法向量規(guī)格化 22　　　//計(jì)算從表面點(diǎn)到攝像機(jī)的向量 23　　　vec3 eye= normalize(uCamera-(uMMatrix*vec4(vPosition,1)).xyz);　 24　　　//計(jì)算從表面點(diǎn)到光源位置的向量vp 25　　　vec3 vp= normalize(lightLocation-(uMMatrix*vec4(vPosition,1)).xyz);　 26　　　vp=normalize(vp);//格式化vp 27　　　vec3 halfVector=normalize(vp+eye);　　//求視線與光線的半向量　　 28　　　float shininess=50.0;　　　　　　　　 //粗糙度，越小越光滑 29　　　float nDotViewPosition=max(0.0,dot(newNormal,vp));//求法向量與vp的點(diǎn)積與0的最大值 30　　　diffuse=lightDiffuse*nDotViewPosition;　　　　　　　　//計(jì)算散射光的最終強(qiáng)度 31　　　float nDotViewHalfVector=dot(newNormal,halfVector);　　//法線與半向量的點(diǎn)積 32　　　float powerFactor=max(0.0,pow(nDotViewHalfVector,shininess));//鏡面反射光強(qiáng)度因子 33　　　specular=lightSpecular*powerFactor;　　　　　　　　//計(jì)算鏡面光的最終強(qiáng)度 34　　} 35　　void main() { 36　　　 ……//此處省略了計(jì)算片元顏色值的代碼，請(qǐng)讀者自行查看隨書光盤中的源代碼　 37　　　 vec4 ambient,diffuse,specular;　　//用來接收3個(gè)通道最終強(qiáng)度的變量　　 38　　　 pointLight(normalize(vNormal),ambient,diffuse,specular,uLightLocation,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//計(jì)算定位光各通道強(qiáng)度 39　　　 vec4(0.15,0.15,0.15,1.0),vec4(0.8,0.8,0.8,1.0),vec4(0.7,0.7,0.7,1.0));　　 40　　　 //綜合3個(gè)通道光的最終強(qiáng)度及片元的顏色計(jì)算出最終片元的顏色并傳遞給管線 41　　　 gl_FragColor=finalColor*ambient + finalColor*diffuse + finalColor*specular; 42　　}

讀者應(yīng)該發(fā)現(xiàn)，上述片元著色器中的很多代碼都是本章前面案例中多次出現(xiàn)過的，只不過前面的案例中都是在頂點(diǎn)著色器中出現(xiàn)，而這里挪到了片元著色器中。因此，每片元計(jì)算光照與每頂點(diǎn)計(jì)算光照算法并沒有本質(zhì)區(qū)別，只是代碼執(zhí)行的位置不同、效果與效率不同而已。實(shí)際開發(fā)中讀者應(yīng)該權(quán)衡速度、效果的要求，選用合適的計(jì)算策略。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《OpenGL ES 2.0游戏开发（上卷）：基础技术和典型案例》——6.5节光照的每顶点计算与每片元计算...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。