webgl 24.为旋转平移后的正方体添加光照

接上节的例子,我们对正方体做一些模型变换(旋转、平移、缩放)
后再添加光照。

light translated rotated cube.png

物体旋转、平移或缩放后法向量会发生变化,这里关键是要计算出变换后的法向量。

normal change.png

如图:

  1. 平移时法向量不变
  2. 旋转时法向量会发生变化
  3. 等比缩放时法向量不变,非等比缩放时法向量可能变也可能不变。如最左边的正方体,无论等比缩放还是非等比缩放各个面的法向量都不变。

有一个公式可以根据模型变换直接计算出法向量的变换矩阵,这个变换矩阵叫做 Inverse Transpose Matrix,即先对模型变换矩阵取逆矩阵然后再转置。

Matrix4 normalMatrix = new Matrix4();
// Calculate the model matrix

// 求逆矩阵
normalMatrix.setInverseOf(modelMatrix);
// 转置
normalMatrix.transpose();

计算出法向量的变换矩阵之后乘以原来的法向量就得到了模型变换之后的法向量,下面的代码就都跟上一节一样了。

具体数学推导过程有兴趣的同学请查阅其它资料

shader 中添加 Inverse Transpose Matrix

uniform mat4 u_NormalMatrix;

用计算出来的法向量变换矩阵乘以原始法向量

vec3 normal = normalize(vec3(u_NormalMatrix * vec4(a_Normal,1.0)));

变换矩阵都是 4×4 的齐次坐标,这里在 vec3 和 vec4 之间进行了转换

// 计算法向量变换矩阵
var normalMatrix = new Matrix4();
normalMatrix.setInverseOf(modelMatrix);
normalMatrix.transpose();
gl.uniformMatrix4fv(u_NormalMatrix, false, normalMatrix.elements);

完整代码

<script id="vertex-shader" type="glsl">
    attribute vec4 a_Position;
    attribute vec4 a_Color;
    attribute vec3 a_Normal;
    uniform vec3 u_LightColor;
    uniform vec3 u_LightDirection;
    uniform vec3 u_AmbientLight;
    uniform mat4 u_mvpMatrix;
    uniform mat4 u_NormalMatrix;
    varying vec4 v_Color;

    void main() {
        gl_Position = u_mvpMatrix * a_Position;
        // 标准化(把长度变为 1 )
        vec3 normal = normalize(vec3(u_NormalMatrix * vec4(a_Normal,1.0)));
        float nDotL = max(dot(u_LightDirection, normal), 0.0);
        vec3 diffuse = u_LightColor * a_Color.rgb * nDotL;
        vec3 ambient = u_AmbientLight * a_Color.rgb;
        v_Color = vec4(diffuse + ambient, a_Color.a);
    }
</script>

<script id="fragment-shader" type="glsl">
    precision mediump float;
    varying vec4 v_Color;
    void main() {
       gl_FragColor = v_Color;
    }
</script>

<script src="lib/cuon-matrix.js"></script>
<script src="lib/myutils.js"></script>

<script>
    var VERTEX_SHADER_SOURCE = document.getElementById('vertex-shader').text;
    var FRAGMENT_SHADER_SOURCE = document.getElementById('fragment-shader').text;

    var canvas = document.getElementById("canvas");
    var gl = canvas.getContext('webgl');

    if (!initShaders(gl, VERTEX_SHADER_SOURCE, FRAGMENT_SHADER_SOURCE)) {
        alert('Failed to init shaders');
    }

    var n = initVertexBuffers(gl);

    var u_mvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_mvpMatrix');
    var u_LightColor = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_LightColor');
    var u_LightDirection = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_LightDirection');
    var u_AmbientLight = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_AmbientLight');
    var u_NormalMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_NormalMatrix');

    // 设置光源颜色
    gl.uniform3f(u_LightColor, 1.0, 1.0, 1.0);
    // 设置光源方向
    var lightDirection = new Vector3([0.5, 3.0, 4.0]);
    lightDirection.normalize(); // 标准化(长度变为 1)
    gl.uniform3fv(u_LightDirection, lightDirection.elements);

    // 设置环境光
    gl.uniform3f(u_AmbientLight, 0.2, 0.2, 0.2);

    // <projection matrix> * <view matrix>
    var mvpMatrix = new Matrix4();
    mvpMatrix.setPerspective(30, 1, 1, 100);
    mvpMatrix.lookAt(3, 3, 7, 0, 0, 0, 0, 1, 0);

    var modelMatrix = new Matrix4();
    // <translate matrix> * <rotate matrix>
    modelMatrix.setTranslate(0, 0.9, 0);
    modelMatrix.rotate(90, 0, 0, 1);

    mvpMatrix.multiply(modelMatrix);
    gl.uniformMatrix4fv(u_mvpMatrix, false, mvpMatrix.elements);

    // 计算法向量变换矩阵
    var normalMatrix = new Matrix4();
    normalMatrix.setInverseOf(modelMatrix);
    normalMatrix.transpose();
    gl.uniformMatrix4fv(u_NormalMatrix, false, normalMatrix.elements);

    gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
    gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
    gl.drawElements(gl.TRIANGLES, n, gl.UNSIGNED_BYTE, 0);

    function initVertexBuffers(gl) {
        // Create a cube
        //    v6----- v5
        //   /|      /|
        //  v1------v0|
        //  | |     | |
        //  | |v7---|-|v4
        //  |/      |/
        //  v2------v3

        var vertices = new Float32Array([
            1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0,  // v0-v1-v2-v3 front
            1.0, 1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0,  // v0-v3-v4-v5 right
            1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0, 1.0,  // v0-v5-v6-v1 up
            -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, 1.0,  // v1-v6-v7-v2 left
            -1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0,  // v7-v4-v3-v2 down
            1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0   // v4-v7-v6-v5 back
        ]);

        var colors = new Float32Array([    // Colors
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v0-v1-v2-v3 front
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v0-v3-v4-v5 right
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v0-v5-v6-v1 up
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v1-v6-v7-v2 left
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v7-v4-v3-v2 down
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0     // v4-v7-v6-v5 back
        ]);

        var normals = new Float32Array([    // Normal
            0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0,  // v0-v1-v2-v3 front
            1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0,  // v0-v3-v4-v5 right
            0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0,  // v0-v5-v6-v1 up
            -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0,  // v1-v6-v7-v2 left
            0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0,  // v7-v4-v3-v2 down
            0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0   // v4-v7-v6-v5 back
        ]);

        var indices = new Uint8Array([       // Indices of the vertices
            0, 1, 2, 0, 2, 3,    // front
            4, 5, 6, 4, 6, 7,    // right
            8, 9, 10, 8, 10, 11,    // up
            12, 13, 14, 12, 14, 15,    // left
            16, 17, 18, 16, 18, 19,    // down
            20, 21, 22, 20, 22, 23     // back
        ]);

        if (!initArrayBuffer(gl, vertices, 3, gl.FLOAT, 'a_Position')) {
            return -1;
        }
        if (!initArrayBuffer(gl, colors, 3, gl.FLOAT, 'a_Color')) {
            return -1;
        }
        if (!initArrayBuffer(gl, normals, 3, gl.FLOAT, 'a_Normal')) {
            return -1;
        }

        var indexBuffer = gl.createBuffer();
        if (!indexBuffer) {
            console.log('Failed to create index buffer');
            return -1;
        }
        gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);
        gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices, gl.STATIC_DRAW);

        return indices.length;
    }

    function initArrayBuffer(gl, data, numOfComponents, dataType, attributeName) {
        var buffer = gl.createBuffer();
        if (!buffer) {
            console.log('Failed to create buffer object');
            return false;
        }

        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW);

        var attribute = gl.getAttribLocation(gl.program, attributeName);
        gl.vertexAttribPointer(attribute, numOfComponents, dataType, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(attribute);

        return true;
    }
</script>

查看源码

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 203,362评论 5 477
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,330评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 150,247评论 0 337
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,560评论 1 273
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,580评论 5 365
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,569评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,929评论 3 395
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,587评论 0 258
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,840评论 1 297
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,596评论 2 321
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,678评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,366评论 4 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,945评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,929评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,165评论 1 259
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 43,271评论 2 349
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,403评论 2 342

推荐阅读更多精彩内容