Opengl 低多边形圆锥体-尖端平滑着色

如果将圆柱体细分为8面棱柱体，根据顶点法线的位置（“平滑着色”）计算顶点法线，效果会非常好

如果将圆锥体细分为8边棱锥体，根据法线的位置计算法线，则会卡在圆锥体的尖端上（从技术上讲是圆锥体的顶点，但我们称其为尖端以避免与网格顶点混淆）

对于每个三角形面，您希望沿两条边匹配法线。但由于只能在三角形的每个顶点指定一条法线，因此可以匹配一条边或另一条边，但不能同时匹配两条边。可以通过选择两条边的平均值作为“尖端法线”进行折衷，但现在没有一条边看起来很好。下面是为每个顶点选择平均法线的详细信息

在一个完美的世界里，GPU可以光栅化一个真正的四边形，而不仅仅是三角形。然后，我们可以使用退化四边形指定每个面，允许我们为每个三角形的两个相邻边指定不同的法线。但我们要做的只是三角形。。。我们可以将圆锥体切割成多个“堆叠”，这样边缘不连续性只在圆锥体的顶端可见，而不是沿着整个圆锥体可见，但仍然会有一个尖端

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有人对平滑着色的低多边形圆锥体有什么窍门吗？

是的，这当然是三角形的限制。我认为，当你从圆柱体接近圆锥体时，显示问题会让问题变得非常清楚：

这里有一些你可以尝试的东西

使用四边形（如@WhitAngl所说）。让新的OpenGL见鬼去吧，毕竟四边形是有用的

细分得更均匀一点。将尖端的法线设置为公共上方向向量将删除任何粗糙的边，尽管在未照亮的一侧看起来有点奇怪。不幸的是，这与您的问题标题“低多边形圆锥体”背道而驰

确保圆锥体围绕对象空间原点居中（或在顶点着色器中按程序生成圆锥体），使用碎片位置生成法线

in vec2 coneSlope; //normal x/z magnitude and y
in vec3 objectSpaceFragPos;

uniform mat3 normalMatrix;

void main()
{
    vec3 osNormal = vec3(normalize(objectSpaceFragPos.xz) * coneSlope.x, coneSlope.y);
    vec3 esNormal = normalMatrix * osNormal;
    ...
}

也许你也可以用一些花哨的技巧来减少碎片着色器的操作。 然后是细分更多着色器与更昂贵着色器之间的整体平衡

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圆锥体是一个相当简单的物体，虽然我喜欢这个挑战，但在实践中，我不认为这是一个问题，除非你想要很多圆锥体。在这种情况下，您可能会进入几何体着色器或实例化。更好的是，可以在片段着色器中使用四边形和光线投射隐式圆锥体绘制圆锥体。如果圆锥体都在一个平面上，你可以尝试法线贴图，甚至视差贴图。

我在现代OpenGL（即着色器）中努力使用由三角形组成的圆锥体，但后来我发现了一个非常简单的解决方案！我想说，这比目前被接受的答案中的建议要好得多，也简单得多

我有一个三角形阵列（显然每个三角形有3个顶点），它们形成了锥形曲面。我不关心底面（圆形底座），因为这非常简单。在我的所有工作中，我使用以下简单的顶点结构：

• 位置：vec3

  （通过添加1.0f作为最后一个元素，在着色器中自动转换为vec4）

• 法线_向量：vec3

  （在着色器中保持为vec3，因为它用于计算与灯光方向的点积）

• color:vec3

  （我没有使用透明度）

在我的顶点着色器中，我只变换顶点位置（乘以投影和模型视图矩阵），还变换法向量（乘以模型视图矩阵的变换逆）。然后，变换的位置、法向量和未变换的颜色被传递到片段着色器，在那里我计算了光方向和法向量的点积，并将这个数字与颜色相乘

让我从我所做的事情开始，我觉得不满意：

尝试#1：每个锥面（三角形）使用一个恒定的法向量，即一个三角形的所有顶点具有相同的法向量。 这很简单，但没有实现平滑照明，每个面都有一个恒定的颜色，因为三角形的所有片段都有相同的法向量。错

尝试#2：我分别计算了每个顶点的法向量。这对于圆锥体圆底上的顶点来说很容易，但是圆锥体尖端应该使用什么呢？我使用了整个三角形的法向量（即与尝试#中的值相同）。这更好，因为我在靠近圆锥体底部的部分有平滑的照明，但在靠近尖端的部分不平滑。错

但后来我找到了解决办法：

尝试#3：我做了与尝试#2相同的一切，除了我将锥尖顶点中的法向量指定为等于零向量vec3（0.0f，0.0f，0.0f）。这是诀窍的关键然后将该零法向量传递给片段着色器（即，在顶点和片段着色器之间，它将自动与其他两个顶点的法向量插值）。当然然后您需要规范化片段（！）着色器中的向量，因为它没有恒定的大小1（我需要点积）。所以我规范化了它-当然，对于法向量大小为零的圆锥尖端，这是不可能的。但它适用于所有其他方面。就这样

有一件重要的事情要记住，要么只能在片段着色器中规格化法线向量。当然，如果你试图在C++中对零大小的向量进行标准化，你会得到错误。因此，如果出于某种原因在进入片段着色器之前需要进行规范化，请确保排除大小为零的法向量（即圆锥体的尖端），否则会出现错误

这就产生了