WebGL-旋转中的法向量与光照效果剖析

前端

2023-04-05 04:16:40

旋转中的光照效果：揭秘法向量的奥秘

法向量：光线与表面的桥梁

在计算机图形学的世界里，法向量是一个至关重要的概念，它定义了表面在空间中的朝向，指明了表面的外部方向。在 WebGL 中，法向量被用来计算光线与表面的夹角，从而决定光照效果。

旋转中的法向量

当物体旋转时，其表面上的法向量也会随之旋转。这意味着光线与表面的夹角也在不断变化，进而影响光照效果。例如，当一个球体旋转时，球体表面的法向量将随着球体的旋转而不断变化，导致光照效果在不同角度下的不同表现。

动态光照：让物体栩栩如生

为了让旋转中的物体看起来更加逼真，我们需要对光照效果进行动态计算。这意味着我们需要实时更新法向量，并根据法向量的变化重新计算光照效果。

WebGL 中的动态光照

在 WebGL 中，可以通过多种方法实现动态光照。其中一种方法是使用顶点着色器来计算法向量，然后使用片元着色器来计算光照效果。顶点着色器负责将每个顶点的坐标从模型空间转换到视图空间，并计算该顶点的法向量。片元着色器则负责计算每个片元的光照效果，包括环境光、漫反射光和镜面反射光。

示例代码：旋转中的光照效果

为了更好地理解旋转中的光照效果，我们来看一个示例代码。这个示例代码使用了 WebGL 来实现一个旋转的立方体，并实时计算光照效果。

// 顶点着色器
attribute vec3 position;
attribute vec3 normal;

uniform mat4 modelViewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;
uniform vec3 lightPosition;

varying vec3 vNormal;
varying vec3 vLightDirection;

void main() {
  // 计算模型视图矩阵变换后的位置
  vec4 modelViewPosition = modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);

  // 计算法向量
  vNormal = normalize(normal);

  // 计算光线方向
  vLightDirection = normalize(lightPosition - modelViewPosition.xyz);

  // 将变换后的位置传递给片元着色器
  gl_Position = projectionMatrix * modelViewPosition;
}

// 片元着色器
varying vec3 vNormal;
varying vec3 vLightDirection;

uniform vec3 ambientColor;
uniform vec3 diffuseColor;
uniform vec3 specularColor;

void main() {
  // 计算光线与法向量的夹角
  float cosTheta = dot(vNormal, vLightDirection);

  // 计算环境光、漫反射光和镜面反射光
  vec3 ambientLight = ambientColor;
  vec3 diffuseLight = diffuseColor * cosTheta;
  vec3 specularLight = specularColor * pow(cosTheta, 32.0);

  // 将最终的光照颜色输出
  gl_FragColor = vec4(ambientLight + diffuseLight + specularLight, 1.0);
}