延迟着色法-G缓冲(2)

拟墨画扇 提交于 2020-02-06 01:48:56

一、简介
上篇文章中我们着重的介绍了G缓冲,相信大家对此也就有了自己的认知,因此在接下来我们将会进入延迟光照的最后阶段,即最后的处理阶段。

二、延迟光照-G缓冲
延迟光照处理阶段:
现在我们已经有了一大堆的片段数据储存在G缓冲中供我们处置,我们可以选择通过一个像素一个像素地遍历各个G缓冲纹理,并将储存在它们里面的内容作为光照算法的输入,来完全计算场景最终的光照颜色。由于所有的G缓冲纹理都代表的是最终变换的片段值,我们只需要对每一个像素执行一次昂贵的光照运算就行了。这使得延迟光照非常高效,特别是在需要调用大量重型片段着色器的复杂场景中。

对于这个光照处理阶段,我们将会渲染一个2D全屏的方形(有一点像后期处理效果)并且在每个像素上运行一个昂贵的光照片段着色器。
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
shaderLightingPass.Use();
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, gPosition);
glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, gNormal);
glActiveTexture(GL_TEXTURE2);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, gAlbedoSpec);
// 同样发送光照相关的uniform
SendAllLightUniformsToShader(shaderLightingPass);
glUniform3fv(glGetUniformLocation(shaderLightingPass.Program, “viewPos”), 1, &camera.Position[0]);
RenderQuad();
我们在渲染之前绑定了G缓冲中所有相关的纹理,并且发送光照相关的uniform变量到着色器中。

光照处理阶段的片段着色器和我们之前一直在用的光照教程着色器是非常相似的,除了我们添加了一个新的方法,从而使我们能够获取光照的输入变量,当然这些变量我们会从G缓冲中直接采样。
#version 330 core
out vec4 FragColor;
in vec2 TexCoords;

uniform sampler2D gPosition;
uniform sampler2D gNormal;
uniform sampler2D gAlbedoSpec;

struct Light {
vec3 Position;
vec3 Color;
};
const int NR_LIGHTS = 32;
uniform Light lights[NR_LIGHTS];
uniform vec3 viewPos;

void main()
{
// 从G缓冲中获取数据
vec3 FragPos = texture(gPosition, TexCoords).rgb;
vec3 Normal = texture(gNormal, TexCoords).rgb;
vec3 Albedo = texture(gAlbedoSpec, TexCoords).rgb;
float Specular = texture(gAlbedoSpec, TexCoords).a;
// 然后和往常一样地计算光照
vec3 lighting = Albedo * 0.1; // 硬编码环境光照分量
vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);
for(int i = 0; i < NR_LIGHTS; ++i)
{
// 漫反射
vec3 lightDir = normalize(lights[i].Position - FragPos);
vec3 diffuse = max(dot(Normal, lightDir), 0.0) * Albedo * lights[i].Color;
lighting += diffuse;
}
FragColor = vec4(lighting, 1.0);
}
光照处理阶段着色器接受三个uniform纹理,代表G缓冲,它们包含了我们在几何处理阶段储存的所有数据。如果我们现在再使用当前片段的纹理坐标采样这些数据,我们将会获得和之前完全一样的片段值,这就像我们在直接渲染几何体。在片段着色器的一开始,我们通过一个简单的纹理查找从G缓冲纹理中获取了光照相关的变量。注意我们从gAlbedoSpec纹理中同时获取了Albedo颜色和Spqcular强度。

因为我们现在已经有了必要的逐片段变量(和相关的uniform变量)来计算布林-冯氏光照(Blinn-Phong Lighting),我们不需要对光照代码做任何修改了。我们在延迟着色法中唯一需要改的就是获取光照输入变量的方法。

运行一个包含32个小光源的简单Demo会是像这样子的:
在这里插入图片描述

延迟着色法的其中一个缺点就是它不能进行混合(Blending),因为G缓冲中所有的数据都是从一个单独的片段中来的,而混合需要对多个片段的组合进行操作。延迟着色法另外一个缺点就是它迫使你对大部分场景的光照使用相同的光照算法,你可以通过包含更多关于材质的数据到G缓冲中来减轻这一缺点。

为了克服这些缺点(特别是混合),我们通常分割我们的渲染器为两个部分:一个是延迟渲染的部分,另一个是专门为了混合或者其他不适合延迟渲染管线的着色器效果而设计的的正向渲染的部分。为了展示这是如何工作的,我们将会使用正向渲染器渲染光源为一个小立方体,因为光照立方体会需要一个特殊的着色器(会输出一个光照颜色)。

结合延迟渲染与正向渲染:
现在我们想要渲染每一个光源为一个3D立方体,并放置在光源的位置上随着延迟渲染器一起发出光源的颜色。很明显,我们需要做的第一件事就是在延迟渲染方形之上正向渲染所有的光源,它会在延迟渲染管线的最后进行。所以我们只需要像正常情况下渲染立方体,只是会在我们完成延迟渲染操作之后进行。代码会像这样:

// 延迟渲染光照渲染阶段
[…]
RenderQuad();

// 现在像正常情况一样正向渲染所有光立方体
shaderLightBox.Use();
glUniformMatrix4fv(locProjection, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));
glUniformMatrix4fv(locView, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));
for (GLuint i = 0; i < lightPositions.size(); i++)
{
model = glm::mat4();
model = glm::translate(model, lightPositions[i]);
model = glm::scale(model, glm::vec3(0.25f));
glUniformMatrix4fv(locModel, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
glUniform3fv(locLightcolor, 1, &lightColors[i][0]);
RenderCube();
}
然而,这些渲染出来的立方体并没有考虑到我们储存的延迟渲染器的几何深度(Depth)信息,并且结果是它被渲染在之前渲染过的物体之上,这并不是我们想要的结果。
在这里插入图片描述

我们需要做的就是首先复制出在几何渲染阶段中储存的深度信息,并输出到默认的帧缓冲的深度缓冲,然后我们才渲染光立方体。这样之后只有当它在之前渲染过的几何体上方的时候,光立方体的片段才会被渲染出来。我们可以使用glBlitFramebuffer复制一个帧缓冲的内容到另一个帧缓冲中,这个函数我们也在抗锯齿的教程中使用过,用来还原多重采样的帧缓冲。glBlitFramebuffer这个函数允许我们复制一个用户定义的帧缓冲区域到另一个用户定义的帧缓冲区域。

我们储存所有延迟渲染阶段中所有物体的深度信息在gBuffer这个FBO中。如果我们仅仅是简单复制它的深度缓冲内容到默认帧缓冲的深度缓冲中,那么光立方体就会像是场景中所有的几何体都是正向渲染出来的一样渲染出来。就像在抗锯齿教程中介绍的那样,我们需要指定一个帧缓冲为读帧缓冲(Read Framebuffer),并且类似地指定一个帧缓冲为写帧缓冲(Write Framebuffer):
glBindFramebuffer(GL_READ_FRAMEBUFFER, gBuffer);
glBindFramebuffer(GL_DRAW_FRAMEBUFFER, 0); // 写入到默认帧缓冲
glBlitFramebuffer(
0, 0, SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, 0, 0, SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, GL_DEPTH_BUFFER_BIT, GL_NEAREST
);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
// 现在像之前一样渲染光立方体
[…]

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