GLSL 计算光照

新建一个 xcode 项目,自定义 SLView 继承 UIView,在Main.storyboard 中把 View 的父类改为 SLView,然后在 SLView.m 实现代码。

SLView.m

#import "SLView.h"
#import <OpenGLES/ES3/gl.h>
#import <OpenGLES/ES3/glext.h>
#import <GLKit/GLKit.h>

GLuint program;
EAGLContext * context;


@implementation SLView

- (void)layoutSubviews
{
    [super layoutSubviews];
    [self setUpGL];
}

+ (Class)layerClass
{
    return [CAEAGLLayer class];
}

-(void)setUpGL
{
    
    //1.上下文初始化&设置当前上下文
    context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
    BOOL isSetContextRight = [EAGLContext setCurrentContext:context];
    if (!isSetContextRight)
    {
        NSLog(@"设置context失败");
    }

    //2.获取顶点着色器/图形片元着色器/光源片元着色
    NSString * verStr = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"Texture2D_Vert.glsl" ofType:nil];
    NSString * fragStr = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"Texture2D_Frag.glsl" ofType:nil];

    //3.正方形箱子渲染program
    program = createGLProgramFromFile(verStr.UTF8String, fragStr.UTF8String);

    //4.使用program
    glUseProgram(program);

    //5.创建渲染缓存区(renderBuffer)
    GLuint renderBuffer;
    glGenRenderbuffers(1, &renderBuffer);
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, renderBuffer);
    [context renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:(CAEAGLLayer *)self.layer];

    GLint wi,he;
    //6.检索有关绑定缓冲区的对象的信息(width,height)
    glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_WIDTH, &wi);
    glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_HEIGHT, &he);

    //7.创建深度缓冲区(depthBuffer)
    GLuint depthBuffer;
    glGenRenderbuffers(1, &depthBuffer);
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, depthBuffer);
    /*
     glRenderbufferStorage (GLenum target, GLenum internalformat, GLsizei width, GLsizei height)
     参数1:GL_RENDERBUFFER
     参数2:渲染格式
     参数3:width
     参数4:height
     */
    glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH_COMPONENT16, wi, he);

    //8.将depthBuffer/renderBuffer ->frameBuffer
    GLuint frameBuffer;
    glGenFramebuffers(1, &frameBuffer);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, frameBuffer);

    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, depthBuffer);
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_RENDERBUFFER, depthBuffer);

    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, renderBuffer);
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_RENDERBUFFER, renderBuffer);

    //一个立方体坐标信息(6个面,每个面2个三角形)
    float vertices[] = {
        //顶点位置              //法线               //纹理坐标
        -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
    };

    //设置VBO 将顶点坐标/法线坐标/纹理坐标
    GLuint buffer;
    glGenBuffers(1, &buffer);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

    glEnableVertexAttribArray(0);
    glEnableVertexAttribArray(1);
    glEnableVertexAttribArray(2);

    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 8, (void *)NULL);
    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 8, (void*)(3*sizeof(float)));
    glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 8, (void*)(6*sizeof(float)));

    [self setUpTexture:@"tianqi"];

    //添加到渲染循环
    [self setUpLinker];
}

GLuint createGLProgramFromFile(const char * verPath,const char * fragPath)
{
    char vBuffer[20480] = {0};
    char fBuffer[20480] = {0};
    
    
    if (getFileContent(vBuffer, sizeof(vBuffer), verPath) < 0)
    {
        return 0;
    }
    
    if (getFileContent(fBuffer, sizeof(fBuffer), fragPath) < 0)
    {
        return 0;
    }
    
    return createGLProgram(vBuffer, fBuffer);
}

long getFileContent(char * buffer, long len, const char * filePath)
{
    FILE * file = fopen(filePath, "rb");
    if (file == NULL)
    {
        return -1;
    }
    
    fseek(file, 0, SEEK_END);
    long size = ftell(file);
    rewind(file);
    
    if (len < size)
    {
        NSLog(@"file is large than the size(%ld) you give\n", len);
        return -1;
    }
    
    fread(buffer, 1, size, file);
    buffer[size] = '\0';
    
    fclose(file);
    
    return size;
}

GLuint createGLProgram(const char * vertex, const char * frag)
{
    /*
     程序对象是一个容器对象,可以将着色器与之连接,并链接一个最终的可执行程序
     */
    // 创建一个程序对象,返回程序对象的句柄
    GLuint program = glCreateProgram();
    
    //得到需要的着色器
    GLuint vertShader = createGLShader(vertex, GL_VERTEX_SHADER);
    GLuint fragShader = createGLShader(frag, GL_FRAGMENT_SHADER);
    
    if (vertShader == 0 || fragShader == 0)
    {
        return 0;
    }
    
    //将程序对象和 着色器对象链接  //在ES 3.0中,每个程序对象 必须连接一个顶点着色器和片段着色器
    //program程序对象句柄 shader着色器句柄
    glAttachShader(program, vertShader);
    glAttachShader(program, fragShader);
    
    //链接程序对象 生成可执行程序(在着色器已完成编译 且程序对象连接了着色器)
    //链接程序会检查各种对象的数量,和各种条件.
    //在链接阶段就是生成最终硬件指令的时候
    glLinkProgram(program);
    
    //检查链接是否成功
    GLint success;
    glGetProgramiv(program, GL_LINK_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        GLint infoLen;
        //使用 GL_INFO_LOG_LENGTH 表示获取信息日志
        glGetProgramiv(program, GL_INFO_LOG_LENGTH, &infoLen);
        if (infoLen > 1)
        {
            GLchar * infoLog = (GLchar *)malloc(sizeof(char) * infoLen);
            if (infoLog)
            {
                //从信息日志中获取信息
                glGetProgramInfoLog(program, infoLen, NULL, infoLog);
                NSLog(@"%s",infoLog);
                free(infoLog);
            }
        }
        glDeleteShader(vertShader);
        glDeleteShader(fragShader);
        
        //删除程序对象
        glDeleteProgram(program);
        return 0;
    }
    /*
    * 链接完着色器,生成可执行程序. 将着色器断开删除
    */
       //断开指定程序对象和片段着色器
    glDetachShader(program, vertShader);
    glDetachShader(program, fragShader);
    
    //将着色器标记为删除
    glDeleteShader(vertShader);
    glDeleteShader(fragShader);
    
    return program;
}

GLuint createGLShader(const char * shaderText, GLenum shaderType)
{
    //创建着色器,将根据传入的type参数 创建一个新的 顶点或片段着色器,返回值为新的着色器对象句柄
    //GL_VERTEX_SHADER(顶点着色器)     GL_FRAGMENT_SHADER(片段着色器)
    GLuint shader = glCreateShader(shaderType);
    
    //为着色器对象 提供着色器源代码.
    //参数: shader --> 着色器对象句柄
    //      count --> 着色器源字符串数量
    //      string --> 字符串的数组指针
    //      length ---> 指向保存美工着色器字符串大小且元素数量为count的整数数组指针.如果length为NULL 着色器字符串将被认定为空.
    glShaderSource(shader, 1, &shaderText, NULL);
    
    //调用该方法,将指定的着色器源代码 进行编译
     //参数shader 为着色器句柄
    glCompileShader(shader);
    
    //调用该方法获取 着色器源代码编译是否成功,并获取其他相关信息
    //第二个参数 pname 表示要查询什么信息
    /*
     GL_COMPILE_STATUS ---> 是否编译成功 成功返回 GL_TRUE
     GL_INFO_LOG_LENGTH ---> 查询源码编译后长度
     GL_SHADER_SOURCE_LENGTH ---> 查询源码长度
     GL_SHADER_TYPE ---> 查询着色器类型()
     GL_DELETE_STATUS ---> 着色器是否被标记删除
     */
    int compiled = 0;
    glGetShaderiv(shader, GL_COMPILE_STATUS, &compiled);
    if (!compiled)
    {
        GLuint infoLen = 0;
        glGetShaderiv(shader, GL_INFO_LOG_LENGTH, &infoLen);
        if (infoLen > 1)
        {
            char * infoLog = (char *)malloc(sizeof(char) * infoLen);
            if (infoLog)
            {
                //检索信息日志
                //参数: shader 着色器对象句柄
                //      maxLength 保存信息日志的缓冲区大小
                //      length 写入信息日志长度 ,不需要知道可传NULL
                //      infoLog 保存日志信息的指针
                glGetShaderInfoLog(shader, infoLen, NULL, infoLog);
                NSLog(@"Error compiling shader: %s\n", infoLog);
                free(infoLog);
            }
        }
        //删除着色器对象, 参数shader为要删除的着色器对象的句柄
        //若一个着色器链接到一个程序对象,那么该方法不会立刻删除着色器,而是将着色器标记为删除,当着色器不在连接到任何程序对象时,它的内存将被释放.
        glDeleteShader(shader);
        return 0;
    }
    return shader;
}
   

#pragma mark - 从图片中加载纹理
-(void)setUpTexture:(NSString *)fileName
{
    //1、将 UIImage 转换为 CGImageRef
    CGImageRef spriteImage = [UIImage imageNamed:fileName].CGImage;

    //判断图片是否获取成功
    if (!spriteImage)
    {
        NSLog(@"fail load image %@",fileName);
        return;
    }

    //2、读取图片的大小,宽和高
    size_t width = CGImageGetWidth(spriteImage);
    size_t height = CGImageGetHeight(spriteImage);

    //3.获取图片字节数 宽*高*4(RGBA)
    GLubyte * spriteData = (GLubyte *)calloc(width * height * 4, sizeof(GLubyte));

    //4.创建上下文
    /*
     参数1:data,指向要渲染的绘制图像的内存地址
     参数2:width,bitmap的宽度,单位为像素
     参数3:height,bitmap的高度,单位为像素
     参数4:bitPerComponent,内存中像素的每个组件的位数,比如32位RGBA,就设置为8
     参数5:bytesPerRow,bitmap的没一行的内存所占的比特数
     参数6:colorSpace,bitmap上使用的颜色空间  kCGImageAlphaPremultipliedLast:RGBA
     */
    CGContextRef spriteContext = CGBitmapContextCreate(spriteData, width, height, 8, width * 4, CGImageGetColorSpace(spriteImage), kCGImageAlphaPremultipliedLast);

    //5、在CGContextRef上--> 将图片绘制出来
    /*
     CGContextDrawImage 使用的是Core Graphics框架,坐标系与UIKit 不一样。UIKit框架的原点在屏幕的左上角,Core Graphics框架的原点在屏幕的左下角。
     CGContextDrawImage
     参数1:绘图上下文
     参数2:rect坐标
     参数3:绘制的图片
     */
    CGRect rect = CGRectMake(0, 0, width, height);
    //6.使用默认方式绘制
    CGContextDrawImage(spriteContext, rect, spriteImage);

    CGContextTranslateCTM(spriteContext, rect.origin.x, rect.origin.y);
    CGContextTranslateCTM(spriteContext, 0, rect.size.height);
    CGContextScaleCTM(spriteContext, 1.0, -1.0);
    CGContextTranslateCTM(spriteContext, -rect.origin.x, -rect.origin.y);
    CGContextDrawImage(spriteContext, rect, spriteImage);

    //7、画图完毕就释放上下文
    CGContextRelease(spriteContext);

    //绑定纹理并设置纹理参数
    GLuint texture;
    glGenTextures(1, &texture);
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, (GLsizei)width, (GLsizei)height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, spriteData);

    glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);

    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

    free(spriteData);
    glUniform1i(glGetUniformLocation(program, "Texture"), 0);
}


-(void)setUpLinker
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        CADisplayLink * link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(render)];
        link.preferredFramesPerSecond = 24;
        [link addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
    });
}


-(void)render
{
    
     
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    glClearColor(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glViewport(0, 0, self.frame.size.width, self.frame.size.height);

    //光照颜色->片元/顶点着色器
    glUniform3f(glGetUniformLocation(program, "lightColor"), 1.0f, 1.0f, 1.0f);

    //投影矩阵->顶点着色器
    float aspect = (float)self.bounds.size.width / (float)self.bounds.size.height;
    GLKMatrix4 projectionMatrix = GLKMatrix4MakePerspective(GLKMathRadiansToDegrees(45.0f), aspect, 0.1f, 800.0f);
    glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(program, "projection"), 1, GL_FALSE, (GLfloat *)projectionMatrix.m);

    //模型视图矩阵-->顶点着色器
    float radius = 10.0f;
    float camX = sin(CACurrentMediaTime()) * radius;
    float camZ = cos(CACurrentMediaTime()) * radius;
    GLKVector3 viewPo = {camX, camX, camZ};

    //获取世界坐标系去模型矩阵中.
    /*
     LKMatrix4 GLKMatrix4MakeLookAt(float eyeX, float eyeY, float eyeZ,
     float centerX, float centerY, float centerZ,
     float upX, float upY, float upZ)
     等价于 OpenGL 中
     void gluLookAt(GLdouble eyex,GLdouble eyey,GLdouble eyez,GLdouble centerx,GLdouble centery,GLdouble centerz,GLdouble upx,GLdouble upy,GLdouble upz);

     目的:根据你的设置返回一个4x4矩阵变换的世界坐标系坐标。
     参数1:眼睛位置的x坐标
     参数2:眼睛位置的y坐标
     参数3:眼睛位置的z坐标
     第一组:就是脑袋的位置

     参数4:正在观察的点的X坐标
     参数5:正在观察的点的Y坐标
     参数6:正在观察的点的Z坐标
     第二组:就是眼睛所看物体的位置

     参数7:摄像机上向量的x坐标
     参数8:摄像机上向量的y坐标
     参数9:摄像机上向量的z坐标
     第三组:就是头顶朝向的方向(因为你可以头歪着的状态看物体)
     */
    GLKMatrix4 modelViewMatrix = GLKMatrix4MakeLookAt(camX, camX, camZ, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
    modelViewMatrix = GLKMatrix4Scale(modelViewMatrix, 5.0f, 5.0f, 5.0f);
    glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(program, "view"), 1, GL_FALSE, (GLfloat *)modelViewMatrix.m);

    //光源位置
    glUniform3f(glGetUniformLocation(program, "lightPo"),1.2f, 1.0f, 2.0f);

    //观察者位置
    glUniform3f(glGetUniformLocation(program, "viewPo"), viewPo.x, viewPo.y, viewPo.z);

    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
    [context presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
}

@end

创建两个文件 Texture2D_Vert.glsl 和 Texture2D_Frag.glsl,Texture2D_Vert.glsl 为顶点着色器,Texture2D_Frag.glsl 为片元着色器。然后分别在其中编写 GLSL 代码。

Texture2D_Vert.glsl

#version 300 es

layout(location = 0) in vec3 position; //顶点
layout(location = 1) in vec3 normal; //法向量
layout(location = 2) in vec2 textureCoord; //纹理坐标

uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

out vec3 fragPo; //顶点在世界坐标位置
out vec3 outNormal; //法向量
out vec2 outTextureCoord; //纹理坐标

void main()
{
    fragPo = position;
    outNormal = normal;
    outTextureCoord = textureCoord;
    gl_Position = projection * view * vec4(position,1.0f);
}

Texture2D_Frag.glsl

#version 300 es

precision mediump float;
out vec4 FragColor;

uniform vec3 lightColor; //光源颜色
uniform vec3 lightPo; //光源位置
uniform vec3 viewPo; //视角位置
uniform sampler2D Texture; //物体纹理

in vec3 fragPo; //顶点坐标
in vec3 outNormal; //顶点法向量
in vec2 outTextureCoord; //纹理坐标


//点光源版本
void pointLight()
{
    float ambientStrength = 0.3;    //环境因子
    float specularStrength = 2.0;   //镜面强度
    float reflectance = 256.0;      //反射率

    float constantPara = 1.0f;     //距离衰减常量
    float linearPara = 0.09f;      //线性衰减常量
    float quadraticPara = 0.032f;  //二次衰减常量
    
    //环境光 = 环境因子 * 物体的材质颜色
    vec3 ambient = ambientStrength * texture(Texture,outTextureCoord).rgb;
    
    //漫反射
    vec3 norm = normalize(outNormal);
    //当前顶点 至 光源的的单位向量
    vec3 lightDir = normalize(lightPo - fragPo);
    //DiffuseFactor=光源与法线夹角 max(0,dot(N,L))
    float diff = max(dot(norm,lightDir),0.0);
    //漫反射光颜色计算 = 光源的漫反射颜色 * 物体的漫发射材质颜色 * DiffuseFactor
    vec3 diffuse = diff * lightColor*texture(Texture,outTextureCoord).rgb;
    
    //镜面反射
    vec3 viewDir = normalize(viewPo - fragPo);
    // reflect (genType I, genType N),返回反射向量
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir,outNormal);
    //SpecularFactor = power(max(0,dot(N,H)),shininess)
    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir),0.0),reflectance);
    //镜面反射颜色 = 光源的镜面光的颜色 * 物体的镜面材质颜色 * SpecularFactor
    vec3 specular = specularStrength * spec * texture(Texture,outTextureCoord).rgb;
    
    //衰减因子计算
     float LFDistance = length(lightPo - fragPo);
     //衰减因子 =  1.0/(距离衰减常量 + 线性衰减常量 * 距离 + 二次衰减常量 * 距离的平方)
     float lightWeakPara = 1.0/(constantPara + linearPara * LFDistance + quadraticPara * (LFDistance*LFDistance));
    
    //光照颜色 =(环境颜色 + 漫反射颜色 + 镜面反射颜色)* 衰减因子
     vec3 res = (ambient + diffuse + specular)*lightWeakPara;
    
    //最终输出的颜色
    FragColor = vec4(res,1.0);
}

// 平行光版本
void parallelLight(){
  
    float ambientStrength = 0.3;    //环境因子
    float specularStrength = 2.0;   //镜面强度
    float reflectance = 256.0;      //反射率

    //平行光方向
    vec3 paraLightDir = normalize(vec3(-0.2,-1.0,-0.3));

    //环境光 = 环境因子 * 物体的材质颜色
    vec3 ambient = ambientStrength * texture(Texture,outTextureCoord).rgb;

    //漫反射
    vec3 norm = normalize(outNormal);
    //当前顶点至光源的的单位向量
    vec3 lightDir = normalize(lightPo - fragPo);
    //DiffuseFactor=光源与paraLightDir 平行光夹角 max(0,dot(N,L))
    float diff = max(dot(norm,paraLightDir),0.0);
    //漫反射光颜色计算 = 光源的漫反射颜色 * 物体的漫发射材质颜色 * DiffuseFactor
    vec3 diffuse = diff * lightColor * texture(Texture,outTextureCoord).rgb;

    //镜面反射
    vec3 viewDir = normalize(viewPo - fragPo);
    // reflect (genType I, genType N),返回反射向量 -paraLightDir平行光
    vec3 reflectDir = reflect(-paraLightDir,outNormal);
    //SpecularFactor = power(max(0,dot(N,H)),shininess)
    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir),0.0),reflectance);
    //镜面反射颜色 = 光源的镜面光的颜色 * 物体的镜面材质颜色 * SpecularFactor
    vec3 specular = specularStrength * spec * texture(Texture,outTextureCoord).rgb;

    //距离衰减常量
    float constantPara = 1.0f;
    //线性衰减常量
    float linearPara = 0.09f;
    //二次衰减常量
    float quadraticPara = 0.032f;
    //衰减因子计算
    float LFDistance = length(lightPo - fragPo);
    //衰减因子 =  1.0/(距离衰减常量 + 线性衰减常量 * 距离 + 二次衰减常量 * 距离的平方)
    float lightWeakPara = 1.0/(constantPara + linearPara * LFDistance + quadraticPara * (LFDistance*LFDistance));

    //光照颜色 =(环境颜色 + 漫反射颜色 + 镜面反射颜色)* 衰减因子
    vec3 res = (ambient + diffuse + specular)*lightWeakPara;
    
    //最终输出的颜色
    FragColor = vec4(res,1.0);
}

//聚光版本
void Spotlight(){
   
    float ambientStrength = 0.3;    //环境因子
    float specularStrength = 2.0;   //镜面强度
    float reflectance = 256.0;      //反射率

    //环境光 = 环境因子 * 物体的材质颜色
    vec3 ambient = ambientStrength * texture(Texture,outTextureCoord).rgb;

    //漫反射
    vec3 norm = normalize(outNormal);
    vec3 lightDir = normalize(lightPo - fragPo);    //当前顶点 至 光源的的单位向量
    //DiffuseFactor=光源与paraLightDir lightDir夹角 max(0,dot(N,L))
    float diff = max(dot(norm,lightDir),0.0);   //光源与法线夹角
    //漫反射光颜色计算 = 光源的漫反射颜色 * 物体的漫发射材质颜色 * DiffuseFactor
    vec3 diffuse = diff * lightColor*texture(Texture,outTextureCoord).rgb;

    //镜面反射
    vec3 viewDir = normalize(viewPo - fragPo);
     // reflect (genType I, genType N),返回反射向量
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir,outNormal);
    //SpecularFactor = power(max(0,dot(N,H)),shininess)
    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir),0.0),reflectance);
    //镜面反射颜色 = 光源的镜面光的颜色 * 物体的镜面材质颜色 * SpecularFactor
    vec3 specular = specularStrength * spec * texture(Texture,outTextureCoord).rgb;

    float constantPara = 1.0f;    //距离衰减常量
    float linearPara = 0.09f;     //线性衰减常量
    float quadraticPara = 0.032f; //二次衰减常量
    
    //衰减因子计算
    float LFDistance = length(lightPo - fragPo);
    //衰减因子 =  1.0/(距离衰减常量 + 线性衰减常量 * 距离 + 二次衰减常量 * 距离的平方)
    float lightWeakPara = 1.0/(constantPara + linearPara * LFDistance + quadraticPara * (LFDistance*LFDistance));

    //聚光灯切角 (一些复杂的计算操作 应该让CPU做,提高效率,不变的量也建议外部传输,避免重复计算)
    float inCutOff = cos(radians(10.0f));
    float outCutOff = cos(radians(15.0f));
    vec3 spotDir = vec3(-1.2f,-1.0f,-2.0f);
    
    //聚光灯因子 = clamp((外环的聚光灯角度cos值 - 当前顶点的聚光灯角度cos值)/(外环的聚光灯角度cos值- 内环聚光灯的角度的cos值),0,1);
    float theta = dot(lightDir,normalize(-spotDir));
    //(外环的聚光灯角度cos值- 内环聚光灯的角度的cos值)
    float epsilon  = inCutOff - outCutOff;
    //(外环的聚光灯角度cos值 - 当前顶点的聚光灯角度cos值) / (外环的聚光灯角度cos值- 内环聚光灯的角度的cos值)
    float intensity = clamp((theta - outCutOff)/epsilon,0.0,1.0);
    vec3 res = (ambient + diffuse + specular)*intensity*lightWeakPara;

    FragColor = vec4(res,1.0);
}

void main()
{
    //点光源版本
    pointLight();
    
    //平行光版本
    parallelLight();
    
    //聚光版本
    Spotlight();
}

实现了点光源、平行光、聚光三种不同的光照效果,如下:

点光源版本.png
平行光版本.png
聚光版本.png
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 206,482评论 6 481
  • 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 88,377评论 2 382
  • 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 152,762评论 0 342
  • 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 55,273评论 1 279
  • 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 64,289评论 5 373
  • 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 49,046评论 1 285
  • 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 38,351评论 3 400
  • 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 36,988评论 0 259
  • 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 43,476评论 1 300
  • 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 35,948评论 2 324
  • 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 38,064评论 1 333
  • 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 33,712评论 4 323
  • 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 39,261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 30,264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 31,486评论 1 262
  • 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 45,511评论 2 354
  • 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 42,802评论 2 345