32 WebGL环境光下的漫反射光的计算
程序员文章站
2022-06-11 07:59:26
...
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现实生活中，我们看物体不单单有平行光（太阳光）和点光源的照射，还有环境光。所以，背面的颜色也不会达到和上一节一样黑的程度，也会有一定的变亮的效果，所以，这一节我们将环境光的漫反射加入进去，来使得物体看上去更加的逼真。
根据上一节的案例，我们需要将环境反射光颜色计算出来，然后获取真实的颜色。
首先我们使用：
<环境反射光颜色>=<入射光颜色> x <表面基底色>
来计算出环境反射光的颜色，然后再通过
<表面的反射光颜色> = <漫反射光颜色> + <环境反射光颜色>
来获取表面实际的反射光颜色。
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport"
content="width=device-width, user-scalable=no, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, minimum-scale=1.0">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
<title>Title</title>
<style>
body {
margin: 0;
text-align: center;
}
#canvas {
margin: 0;
}
</style>
</head>
<body onload="main()">
<canvas id="canvas" height="800" width="1200"></canvas>
</body>
<script src="lib/webgl-utils.js"></script>
<script src="lib/webgl-debug.js"></script>
<script src="lib/cuon-utils.js"></script>
<script src="lib/cuon-matrix.js"></script>
<script>
//顶点着色器
var VSHADER_SOURCE = "" +
"attribute vec4 a_Position;\n" +
"attribute vec4 a_Color;\n" +
"attribute vec4 a_Normal;\n" +//法向量
"uniform mat4 u_MvpMatrix;\n" +
"uniform vec3 u_LightColor;\n" +//光线颜色
"uniform vec3 u_LightDirection;\n" +//归一化的世界坐标
"uniform vec3 u_AmbientLight;\n"+ //环境光颜色
"varying vec4 v_Color;\n" +
"void main(){\n" +
" gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n" +
//对法向量进行归一化
" vec3 normal = normalize(vec3(a_Normal));\n" +
//计算光线方向和法向量的点积
" float nDotL = max(dot(u_LightDirection,normal),0.0);\n" +
//计算漫反射光的颜色
" vec3 diffuse = u_LightColor * vec3(a_Color) * nDotL;\n" +
//计算环境光产生的反射光颜色
" vec3 ambient = u_AmbientLight * a_Color.rgb;\n" +
//将以上两者相加得到物体最终的颜色
" v_Color = vec4(diffuse+ambient,a_Color.a);\n" +
"}";
//片元着色器
var FSHADER_SOURCE = "" +
"#ifdef GL_ES\n" +
"precision mediump float;\n" +
"#endif\n" +
"varying vec4 v_Color;\n" +
"void main(){\n" +
" gl_FragColor = v_Color;\n" +
"}";
//主函数，页面加载完成触发
function main() {
//获取canvas对象
var canvas = document.getElementById("canvas");
//获取WebGL上下文
var gl = getWebGLContext(canvas);
if (!gl) {
console("您的浏览器不支持WebGL");
return;
}
//初始化着色器
if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
console.log("初始化着色器失败");
return;
}
//设置顶点的坐标、颜色和法向量
var n = initVertexBuffers(gl);
if (n < 0) {
console.log("无法获取到顶点个数，设置顶点坐标、颜色和法向量失败");
return;
}
//初始化背景色和前后关系功能开启
gl.clearColor(0, 0, 0, 1);
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
//获取模型视图投影矩阵、光线颜色变量和归一化世界坐标uniform变量的存储位置
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");
if (!u_MvpMatrix || !u_LightColor || !u_LightDirection || !u_AmbientLight) {
console.log("无法获取相关的存储位置，或者未定义");
return;
}
//设置光线颜色（白色）
gl.uniform3f(u_LightColor, 1.0, 1.0, 1.0);
//设置光线方向（世界坐标系下的）
var lightDirection = new Vector3([0.5, 3.0, 4.0]);
lightDirection.normalize(); //归一化
gl.uniform3fv(u_LightDirection, lightDirection.elements);
//设置环境光颜色
gl.uniform3f(u_AmbientLight,0.2,0.2,0.2);
//计算模型视图投影矩阵
var mvpMatrix = new Matrix4(); //声明一个矩阵模型
mvpMatrix.setPerspective(30, canvas.width / canvas.height, 1, 100);//设置透视矩阵
mvpMatrix.lookAt(3, 3, 7, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
//将模型视图投影矩阵传给u_MvpMatrix变量
gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, mvpMatrix.elements);
//清除底色和深度缓冲区
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
gl.drawElements(gl.TRIANGLES, n, gl.UNSIGNED_BYTE, 0); //绘制图形
}
function initVertexBuffers(gl) {
// 绘制一个立方体
// v6----- v5
// /| /|
// v1------v0|
// | | | |
// | |v7---|-|v4
// |/ |/
// v2------v3
var vertices = new Float32Array([ // 顶点坐标
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([ // 顶点颜色
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([ // 法向量
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
]);
// 绘制点的顺序下标
var indices = new Uint8Array([
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
]);
// 通过initArrayBuffer方法将顶点数据保存到缓冲区
if (!initArrayBuffer(gl, 'a_Position', vertices, 3, gl.FLOAT)) return -1;
if (!initArrayBuffer(gl, 'a_Color', colors, 3, gl.FLOAT)) return -1;
if (!initArrayBuffer(gl, 'a_Normal', normals, 3, gl.FLOAT)) return -1;
// 创建顶点索引缓冲区对象
var indexBuffer = gl.createBuffer();
if (!indexBuffer) {
console.log('无法创建顶点索引的缓冲区对象');
return -1;
}
//将顶点索引数据存入缓冲区
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);
gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices, gl.STATIC_DRAW);
return indices.length;
}
function initArrayBuffer(gl, attribute, data, num, type) {
//创建缓冲区对象
var buffer = gl.createBuffer();
if (!buffer) {
console.log("无法创建缓冲区对象");
return false;
}
//绑定缓冲区，并将数据存入缓冲区
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW);
//获取相关变量存储位置，赋值并开启缓冲区
var a_attribute = gl.getAttribLocation(gl.program, attribute);
if (a_attribute < 0) {
console.log("无法获取" + attribute + "变量的相关位置");
return false;
}
//向缓冲区赋值
gl.vertexAttribPointer(a_attribute, num, type, false, 0, 0);
//开启数据，并解绑缓冲区
gl.enableVertexAttribArray(a_attribute);
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);
return true;
}
</script>
</html>所以在顶点着色器里面，多声明了一个uniform变量u_AmbientLight来接收环境光的颜色值，然后通过运算，得出最后的颜色。
//计算漫反射光的颜色
" vec3 diffuse = u_LightColor * vec3(a_Color) * nDotL;\n" +
//计算环境光产生的反射光颜色
" vec3 ambient = u_AmbientLight * a_Color.rgb;\n" +
//将以上两者相加得到物体最终的颜色
" v_Color = vec4(diffuse+ambient,a_Color.a);\n" +上一篇： OpenGL（十四）环境反射 环境折射 的shader实现
下一篇： cocos3D的多光源照射问题
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