OpenGL着色器，类似于MeshLab的可视化器来着色每个面

Question

我具有非常基础的OpenGL知识，但是我正在尝试复制MeshLab的可视化器具有的阴影效果。

如果在MeshLab中加载网格，您将意识到，如果一个面向相机的面完全照亮了，并且在旋转模型时，光照会随着面向相机的面的变化而改变。我在MeshLab中加载了一个带有12个面的简单单位立方体，并捕获了以下屏幕截图，以使我的观点更加清楚：

• 模型已加载（注意面部如何完全变灰）：

• 模型略微旋转（请注意，脸部有些暗）：

• 更多旋转（注意现在所有面孔都变黑了）：

从我的头顶上，我认为它的工作方式是通过某种方式在着色器中为每个面分配颜色。如果脸部法线与相机之间的角度为零，则脸部将完全照亮（根据脸部的颜色），否则，其照亮与法向矢量和相机矢量之间的点积成比例。

我已经有了用着色器/ VBO绘制网格的代码。我什至可以分配每个顶点的颜色。但是，我不知道如何实现类似的效果。据我所知，片段着色器可以在顶点上工作。快速搜索发现了this之类的问题。但是当答案涉及重复顶点时，我感到困惑。

如果有任何不同，在我的应用程序中，我加载*.ply文件，其中包含顶点位置，三角形索引和每个顶点的颜色。

[C0之后的结果]

我创建了重复的顶点数组，并使用以下着色器获得所需的照明效果。从发布的屏幕截图中可以看出，相似之处是不可思议的：）

顶点着色器：

the answer by @DietrichEpp

片段着色器：

#version 330 core

uniform mat4 projection_matrix;
uniform mat4 model_matrix;
uniform mat4 view_matrix;

in vec3 in_position;    // The vertex position
in vec3 in_normal;      // The computed vertex normal
in vec4 in_color;       // The vertex color

out vec4 color;     // The vertex color (pass-through)

void main(void)
{
    gl_Position = projection_matrix * view_matrix * model_matrix * vec4(in_position, 1);

    // Compute the vertex's normal in camera space
    vec3 normal_cameraspace = normalize(( view_matrix * model_matrix * vec4(in_normal,0)).xyz); 
    // Vector from the vertex (in camera space) to the camera (which is at the origin)
    vec3 cameraVector = normalize(vec3(0, 0, 0) - (view_matrix * model_matrix * vec4(in_position, 1)).xyz);

    // Compute the angle between the two vectors
    float cosTheta = clamp( dot( normal_cameraspace, cameraVector ), 0,1 );

    // The coefficient will create a nice looking shining effect.
    // Also, we shouldn't modify the alpha channel value.
    color = vec4(0.3 * in_color.rgb + cosTheta * in_color.rgb, in_color.a);
}

使用单位立方体的不可思议的结果：

#version 330 core

in vec4 color;

out vec4 out_frag_color;

void main(void)
{
    out_frag_color = color;
}

Answer 1

看起来该效果是具有按面法线的简单照明效果。有几种方法可以实现按面法线：

• 您可以创建一个具有法线属性的VBO，然后为法线不相同的面复制顶点位置数据。例如，一个立方体将具有24个顶点而不是8个顶点，因为“重复项”将具有不同的法线。

• 您可以使用几何着色器来计算每面法线。

• 您可以在片段着色器中使用和dFdx()来近似法线。

我推荐第一种方法，因为它很简单。您可以只在程序中提前计算法线，然后使用它们在顶点着色器中计算面部颜色。

Answer 2

这是简单的平面阴影，您可以使用此GLSL代码段来评估每个面法线，而不是使用每个顶点法线：

dFdy()

然后使用

vec3 x = dFdx(FragPos);
vec3 y = dFdy(FragPos);
vec3 normal = cross(x, y);
vec3 norm = normalize(normal);

施加一些漫射照明：

norm