如何在 OpenGL 中为 Phong 着色插值法线？

Question

目前，我正在实施良好的旧 Phong 着色。总的来说，它看起来很正确，但在正常情况下出现了一种我无法解释的模式。

如果不仔细观察，我认为斯坦福兔子看起来很正确。

但例如在耳朵上有一个奇怪的图案：

在这张图片中，我可视化了法线并提高了饱和度以使问题更加明显。

这是我的顶点着色器：

#version 330 core

layout (location = 0) in vec4 vPosition;
layout (location = 1) in vec3 vNormal;

out vec4 fWorldPosition;
smooth out vec3 fWorldNormalSmooth;

...    

void main() {
    fWorldNormalSmooth = normalize(NormalMatrix*vNormal);
    fWorldPosition = WorldMatrix*vPosition;
    gl_Position = ProjectionMatrix*ViewMatrix*WorldMatrix*vPosition;
}

这是我的片段着色器：

#version 330 core

smooth in vec3 fWorldNormalSmooth;
in vec4 fWorldPosition;

out vec4 color;

...    

vec4 shadePointLight(Material material, PointLight pointLight, vec3 worldPosition, vec3 worldNormal) {
    vec3 cameraPosition = wdiv(inverse(ViewMatrix)*vec4(0, 0, 0, 1));
    vec3 cameraDirection = normalize(cameraPosition - worldPosition);
    vec3 lightDirection = normalize(pointLight.position - worldPosition);
    vec3 reflectionDirection = reflect(-lightDirection, worldNormal);

    vec4 i_amb  = material.ambientReflection*pointLight.ambientColor;
    vec4 i_diff = max(0, dot(worldNormal, lightDirection))*material.diffuseReflection*pointLight.diffuseColor;
    vec4 i_spec = pow(max(0, dot(reflectionDirection, cameraDirection)), material.shininess)*material.specularReflection*pointLight.specularColor;

    float distance = length(pointLight.position - worldPosition);
    float d  = 1.0 / (pointLight.falloff.constant + pointLight.falloff.linear*distance + pointLight.falloff.quadratic*distance*distance);

    return i_amb + d*(i_diff + i_spec);
}

void main() {
    ...

    color = shadePointLight(material, pointLight, wdiv(fWorldPosition), normalize(fWorldNormalSmooth));
}

有人可以解释这种行为吗？

Answer 1

当在两个相同长度的向量之间进行线性插值时，如在顶点和片段阶段之间发生的那样，所得向量的长度在两者之间会更短。在两个法线之间进行插值的数学上正确的方法是执行球面线性插值(SLERP)，但是对于角度的微小变化，您可以简单地在片段着色器中标准化插值法线向量（这是因为小角度近似sin(x) \xe2\x89\x88 x）小的x）。编辑：对于更大的角度，需要通过适当的 SLERP 插值。

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