C++ 如何在openGL中处理点球体的闪电（环境光、漫反射光、镜面反射光） 初始情况

我想在openGL中可视化仿真数据。 我的数据由粒子位置（x，y，z）组成，其中每个粒子都有一些用于着色的属性（如密度，温度等）。如果你想知道的话，这些（SPH）粒子（100k到几百万）组合在一起，实际上代表了行星。我希望将这些粒子渲染为小3D球体，并添加环境光、漫反射光和镜面反射光

现状和问题

在我的例子中：我在哪个坐标系中进行闪电计算？哪种“最佳”方式可以使各种组件通过管道

我看到在视图空间中这样做是很常见的，这也是非常直观的。但是：不同片段位置的法线在片段着色器中以片段空间坐标计算（请参见附加的片段着色器）。我是否可以将它们“返回”到视图空间，以便在视图空间中对所有碎片进行闪电计算？与在剪辑空间中进行比较有什么优势吗

如果我对每个球体使用网格，那么在视图空间中获得法线会更容易，但是我认为对于几百万个粒子，这会大大降低性能，所以最好使用球体相交，你同意吗

PS：我不需要模型矩阵，因为所有的粒子都已经就位了

//VERTEX SHADER

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 position;
layout (location = 2) in float density;

uniform float radius;
uniform vec3 lightPos;
uniform vec3 viewPos;

out vec4 lightDir;
out vec4 viewDir;
out vec4 viewPosition;
out vec4 posClip;
out float vertexColor;


// transformation matrices
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
    lightDir        = projection * view * vec4(lightPos - position, 1.0f);
    viewDir         = projection * view * vec4(viewPos - position, 1.0f);
    viewPosition    = projection * view * vec4(lightPos, 1.0f);
    posClip         = projection * view * vec4(position, 1.0f);

    gl_Position = posClip;
    gl_PointSize = radius;

    vertexColor = density;

}

我知道gl_Position变量会发生投影除法，这会发生在从顶点传递到片段着色器的所有vec4上吗？如果不是，碎片着色器中的计算可能是错误的 片段着色器，其中剪辑空间中的法线和漫反射/镜面反射闪电计算：

//FRAGMENT SHADER

#version 330 core

in float vertexColor;
in vec4 lightDir;
in vec4 viewDir;
in vec4 posClip;
in vec4 viewPosition;

uniform vec3 lightColor;

vec4 colormap(float x); // returns vec4(r, g, b, a)

out vec4 vFragColor;


void main(void)
{
    // AMBIENT LIGHT
    float ambientStrength = 0.0;
    vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;

    // Normal calculation done in clip space (first from texture (gl_PointCoord 0 to 1) coord to NDC( -1 to 1))
    vec3 normal;
    normal.xy = gl_PointCoord * 2.0 - vec2(1.0);    // transform from 0->1 point primitive coords to NDC -1->1
    float mag = dot(normal.xy, normal.xy);          // sqrt(x=1) = sqrt(x)
    if (mag > 1.0)                                  // discard fragments outside sphere
        discard;            
    normal.z = sqrt(1.0 - mag);                     // because x^2 + y^2 + z^2 = 1

    // DIFFUSE LIGHT
    float diff = max(0.0, dot(vec3(lightDir), normal));
    vec3 diffuse = diff * lightColor;

    // SPECULAR LIGHT
    float specularStrength = 0.1;
    vec3 viewDir = normalize(vec3(viewPosition) - vec3(posClip));
    vec3 reflectDir = reflect(-vec3(lightDir), normal);  
    float shininess = 64;
    float spec = pow(max(dot(vec3(viewDir), vec3(reflectDir)), 0.0), shininess);
    vec3 specular = specularStrength * spec * lightColor;  

     vFragColor = colormap(vertexColor / 8) * vec4(ambient + diffuse + specular, 1);

} 

现在这实际上“有点”起作用了，但我有一种感觉，那就是球体的侧面没有面对光源，也被照亮了，这是不应该发生的。我怎样才能解决这个问题

一些奇怪的效果：在这一刻，光源实际上在左边的行星后面（它只是在左上角有一点峰值），但仍然存在漫反射和镜面反射效果。这面应该很暗=(

---

同样在这一刻，我在片段着色器中得到了一些glError:1282错误，我不知道它来自何处，因为着色器程序实际上是编译和运行的，有什么建议吗？：）

您正在绘制的东西实际上不是球体。他们只是从远处看起来像他们。如果你同意的话，这是绝对可以的。如果需要几何上正确的球体（具有正确的大小和正确的投影），则需要进行适当的光线投射。这似乎是一个关于这个主题的全面指南

1.什么坐标系？ 最后，这取决于你。坐标系只需要满足一些要求。它必须保持角度（因为照明都是关于角度的）。如果需要基于距离的衰减，它也应该保持距离。世界坐标系和视图坐标系通常满足这些要求。剪辑空间不适用于照明计算，因为既不保留角度也不保留距离。此外，

gl_PointCoord

不在任何常用坐标系中。它是它自己的坐标系，如果知道其他坐标系之间的关系，则只能将其与其他坐标系一起使用

2.网格还是什么？ 网格绝对不适合渲染球体。如上所述，光线投射或一些屏幕空间近似是更好的选择。以下是我在项目中使用的示例着色器：

#version 330

out vec4 result;

in fData
{
    vec4 toPixel; //fragment coordinate in particle coordinates
    vec4 cam;     //camera position in particle coordinates
    vec4 color;   //sphere color
    float radius; //sphere radius
} frag;

uniform mat4 p; //projection matrix

void main(void)
{
    vec3 v = frag.toPixel.xyz - frag.cam.xyz;
    vec3 e = frag.cam.xyz;
    float ev = dot(e, v);
    float vv = dot(v, v);
    float ee = dot(e, e);
    float rr = frag.radius * frag.radius;

    float radicand = ev * ev - vv * (ee - rr);
    if(radicand < 0)
        discard;

    float rt = sqrt(radicand);


    float lambda = max(0, (-ev - rt) / vv); //first intersection on the ray
    float lambda2 = (-ev + rt) / vv;  //second intersection on the ray
    if(lambda2 < lambda) //if the first intersection is behind the camera
        discard;

    vec3 hit = lambda * v; //intersection point
    vec3 normal = (frag.cam.xyz + hit) / frag.radius;

    vec4 proj = p * vec4(hit, 1); //intersection point in clip space
    gl_FragDepth = ((gl_DepthRange.diff * proj.z / proj.w) + gl_DepthRange.near + gl_DepthRange.far) / 2.0;

    vec3 vNormalized = -normalize(v);
    float nDotL = dot(vNormalized, normal);
    vec3 c = frag.color.rgb * nDotL + vec3(0.5, 0.5, 0.5) * pow(nDotL, 120);    

    result = vec4(c, frag.color.a);
}

#版本330
结果4例；
在fData中
{
vec4 toPixel；//粒子坐标中的碎片坐标
vec4 cam；//摄影机在粒子坐标中的位置
vec4颜色；//球体颜色
浮动半径；//球体半径
}弗拉格；
均匀mat4p//投影矩阵
真空总管（真空）
{
vec3 v=frag.toPixel.xyz-frag.cam.xyz；
vec3 e=frag.cam.xyz；
浮动ev=点（e，v）；
浮动vv=点（v，v）；
浮点数ee=点（e，e）；
浮动rr=框架半径*框架半径；
浮动半径C=ev*ev-vv*（ee-rr）；
if（半径C<0）
丢弃；
浮动rt=sqrt（半径C）；
float lambda=max（0，（-ev-rt）/vv）；//光线上的第一个交点
float lambda2=（-ev+rt）/vv；//光线上的第二个交点
if（lambda2

3.透视图划分 透视分割不应用于属性。GPU对通过

gl_Position

传递到屏幕空间的数据进行透视分割。但除非你自己去做，否则你永远不会真正看到这种观点

4.黑暗中的光明

---

这可能是混合不同坐标系或在剪辑空间中进行照明计算的结果。顺便说一句，镜面反射部分通常不会乘以材质颜色。这是直接在表面反射的光。它不能穿透表面（根据材料的不同，表面会吸收一些颜色）。这就是为什么即使在黑色物体上，这些高光通常都是白色（或任何你拥有的浅色）的原因。

谢谢你的回答！只有两个后续问题：1）假设我完全同意球体是“假”球体。可以使用gl_FragCoord进入NDC->然后进入hom吗