3D游戏引擎系列七

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1、3D游戏引擎系列七JimBlinn在1978发表了一篇名为：“SimulationofWrinkledSurfaces”，提出了BumpMapping这个东东。BumpMapping通过一张HeightMap记录各象素点的高度信息，有了高度信息，就可以计算HeightMap中当前象素与周围象素的高度差，这个高度差就代表了各象素的坡度，用这个坡度信息去绕动法向量，得到最终法向量，用于光照计算。在前面的博客中也有介绍过高光法线时介绍过TBN，在这里利用TBN渲染Bumpmapping实现原理。GPU渲染属于可编程流水线，在使用Shader编程时首先要明白其实现原理，我们可以通过可编程

2、流水线了解一下其原理：上图中显示了TBNMatrix，T表示的是切向量，B表示次法线向量，N表示的是法线向量，这个也是求BumpMapping必须要计算得到的，TBNMatrix可以将其放到GPU中计算得到的。下面我们就一步步给读者介绍其实现，只用文字很难描述清楚，还是通过图看的比较明白。为了帮助读者理解Tangent空间向量，先给读者看一下场景中的四边形，纹理图片是要贴到四边形上的，如下图所示的效果：图中显示的是纹理坐标的关系，左下角是（0，0），右上角是（1，1）。现在,我们需要找到两个顶点的切线。“S切线”点的方向的纹理坐标，“T切线”点的方向的纹理坐标。这两个切线和法线是

3、一个顶点的“基础”。它们定义了一个坐标空间-“切向量空间”。s切线，t切线和法线分别是用x，y，z轴表示的，TBN矩阵是从物体空间转换到切线空间，矩阵的表示如下所示：(SxSySz)(TxTyTz)(NxNyNz)S也是切线空间中的一种，我们也可以将其表示为Binormal，现在的主要问题是求解S，T，N向量。先抛开GPU编程，先用C++代码实现一遍，首先定义一个类用于存储TBN，类的存储代码如下所示：[cpp]viewplaincopyclassTORUS_VERTEX{public:VECTOR3Dposition;floats,t;VECTOR3DsTangent,tTan

4、gent;VECTOR3Dnormal;VECTOR3DtangentSpaceLight;};结构体定义好了后，接下来，我们假设在场景中放置一个圆环，这个圆环有48个点组成，用于存储顶点和索引链表，代码类完整定义如下所示：[cpp]viewplaincopy#ifndefTORUS_H#defineTORUS_HclassTORUS_VERTEX{public:VECTOR3Dposition;floats,t;VECTOR3DsTangent,tTangent;VECTOR3Dnormal;VECTOR3DtangentSpaceLight;};classTORUS{publ

5、ic:TORUS();~TORUS();boolInitTorus();intnumVertices;intnumIndices;unsignedintindices;TORUS_VERTEXvertices;};constinttorusPrecision=48;#endif现在开始计算圆环的顶点位置，法线，切向量空间，首先我们把圆环在XY平面上的示例图展示如下：接下来在圆环上的材质实现法线和切向量空间的代码如下所示：[cpp]viewplaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片for(inti=0;i

6、i].position=VECTOR3D(1.5f,0.0f,0.0f).GetRotatedZ(i360.0f/torusPrecision)+VECTOR3D(4.0f,0.0f,0.0f);vertices[i].s=0.0f;vertices[i].t=(float)i/torusPrecision;vertices[i].sTangent.Set(0.0f,0.0f,-1.0f);vertices[i].tTangent=VECTOR3D(0.0f,-1.0f,0.0f).GetRotatedZ(i360.0f/torusPrecision);vertices[i].n

7、ormal=vertices[i].tTangent.CrossProduct(vertices[i].sTangent);}图中实现的是静止不动的圆环，利用for循环实现了TBN向量，转动后的效果计算也是类似的，下面把完整的代码给读者展现一下：[cpp]viewplaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片#include#include#include#include"Maths/Maths.h"#inclu