OpenGL: ทำไมฉันต้องตั้งค่าปกติด้วย glNormal

ฉันกำลังเรียนรู้พื้นฐานของ OpenGL แต่ฉันสงสัยว่าทำไมมีการเรียกglNormalให้ตั้งค่าจุดยอดนิยมตามปกติ

ถ้าฉันสร้างสามเหลี่ยมอย่างง่ายเช่นนี้:

glBegin(GL_TRIANGLES);
    glVertex3f(0,0,0);
    glVertex3f(1,0,0);
    glVertex3f(0,1,0);
glEnd();

ไม่ควรกำหนดบรรทัดฐานโดยปริยายโดยชนิดของเรขาคณิตดั้งเดิม? หากฉันไม่ได้ตั้งค่าปกติ OpenGL จะคำนวณหรือไม่

การโทรglNormalหลายครั้งระหว่างglBegin/Endช่วยให้คุณตั้งค่าปกติต่อจุดยอดแทนที่จะเป็นแบบดั้งเดิม

glBegin(GL_TRIANGLES);
    glNormal3f(0,0,1);
    glVertex3f(0,0,0);
    glNormal3f(0,0,1);
    glVertex3f(1,0,0);
    glNormal3f(0,0,1);
    glVertex3f(0,1,0);
glEnd();

สำหรับตาข่ายที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งประกอบด้วยสามเหลี่ยมหลายอันคุณต้องการให้ปกติที่หนึ่งจุดยอดขึ้นอยู่กับสามเหลี่ยมอื่น ๆ ของเรขาคณิตโดยรอบและไม่ใช่แค่ปกติของสามเหลี่ยมที่อยู่ในนั้น

นี่คือตัวอย่างของรูปทรงเรขาคณิตเดียวกันกับ:

• ทางด้านซ้ายของแต่ละบรรทัดยอด - ดังนั้นยอดสุดยอดของใบหน้ามีความแตกต่างปกติ (สำหรับทรงกลมนี้มันหมายความว่าทุกบรรทัดฐานชี้ออกมาจากจุดศูนย์กลาง) และ
• ทางด้านขวาของบรรทัดฐานต่อหน้า - แต่ละจุดยอดจะได้รับค่าปกติเหมือนกัน (เนื่องจากคุณระบุเพียงครั้งเดียวหรือเพราะมันใช้ค่าปกติเริ่มต้นเป็น(0,0,1))

โมเดลเฉดสีเริ่มต้น ( GL_SMOOTH) ทำให้บรรทัดฐานของจุดยอดของใบหน้าถูกแก้ไขทั่วใบหน้า สำหรับบรรทัดฐานต่อจุดสุดยอดนี้ส่งผลในรูปทรงกลมสีเทาเรียบ แต่สำหรับบรรทัดฐานต่อหน้าคุณจบลงด้วยลักษณะใบหน้าเหลี่ยมเพชรพลอย

ไม่ GL ไม่ได้คำนวณบรรทัดฐานสำหรับคุณ ไม่ทราบว่าปกติควรเป็นอะไร วิธีดั้งเดิมของคุณไม่ได้มีความหมายอะไรนอกเหนือจากการทำให้เป็นแรสเตอร์ (และที่อื่น ๆ สองสามแห่ง) GL ไม่ทราบว่าใบหน้าใด (สามเหลี่ยม) แบ่งปันจุดสุดยอด (การคำนวณสิ่งนี้ที่รันไทม์มีราคาแพงมากโดยไม่ใช้โครงสร้างข้อมูลที่แตกต่างกัน)

คุณต้องประมวลผล "ซุปสามเหลี่ยม" ล่วงหน้าของตาข่ายเพื่อค้นหาจุดยอดนิยมทั่วไปและคำนวณบรรทัดฐาน ควรทำก่อนที่เกมจะรันด้วยความเร็ว

นอกจากนี้ยังมีบางกรณีเช่นขอบแข็งที่มีจุดยอดทางเรขาคณิตร่วมกันที่มุม แต่คุณต้องการบรรทัดฐานที่แยกต่างหากเพื่อให้แสงสว่างอย่างถูกต้อง ในรูปแบบการเรนเดอร์ GL / D3D คุณต้องมีจุดยอดแยกสองจุด (ที่ตำแหน่งเดียวกัน) สำหรับสิ่งนี้โดยแต่ละแบบแยกกัน

คุณจะต้องใช้ทั้งหมดนี้สำหรับ UV และการทำแผนที่พื้นผิวด้วย

คำตอบสั้น ๆ คือคุณไม่จำเป็นต้องตั้งค่าปกติเลย เวกเตอร์ปกติจะใช้เฉพาะในกรณีที่คุณใช้แสง OpenGL (หรืออาจเป็นการคำนวณอื่น ๆ ที่อาจขึ้นอยู่กับพวกเขา) แต่ถ้ามันไม่เหมาะกับคุณ (หรือถ้าคุณใช้วิธีอื่นในการให้แสงเช่น lightmaps ) จากนั้นคุณสามารถโทรออก glNormal ทั้งหมดได้อย่างมีความสุข

ดังนั้นสมมติว่าคุณกำลังทำอะไรบางอย่างที่ระบุ glNormal เข้าท่าและดูมันมากกว่านี้

สามารถระบุ glNormal ต่อแบบดั้งเดิมหรือต่อจุดสุดยอด ด้วยบรรทัดฐานดั้งเดิมสำหรับทุกสิ่งที่มันหมายถึงว่าบรรทัดฐานทั้งหมดสำหรับแต่ละจุดสุดยอดในใบหน้าดั้งเดิมในทิศทางเดียวกัน บางครั้งนี่คือสิ่งที่คุณต้องการ แต่บางครั้งมันก็ไม่ - ที่ซึ่งบรรทัดฐานต่อจุดสุดยอดที่เป็นประโยชน์คือพวกเขาช่วยให้แต่ละจุดสุดยอดของมันได้เผชิญ

นำตัวอย่างคลาสสิกของทรงกลม หากสามเหลี่ยมแต่ละอันในทรงกลมมีปกติเหมือนกันผลลัพธ์จะเป็นเหลี่ยมมุมค่อนข้างมาก นั่นอาจไม่ใช่สิ่งที่คุณต้องการคุณต้องการแรเงาที่ราบรื่นแทน ดังนั้นสิ่งที่คุณทำก็คือค่าเฉลี่ยบรรทัดฐานสำหรับสามเหลี่ยมแต่ละรูปแบบที่ใช้จุดยอดทั่วไปและได้ผลลัพธ์เงาที่ราบรื่น

ตัวอย่างน้อยที่สุดที่แสดงรายละเอียดบางอย่างเกี่ยวกับวิธีการglNormalทำงานกับฟ้าผ่าแบบกระจาย

ความคิดเห็นของdisplayฟังก์ชันอธิบายความหมายของรูปสามเหลี่ยมแต่ละอัน

#include <stdlib.h>

#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glut.h>

/* Triangle on the x-y plane. */
static void draw_triangle() {
    glBegin(GL_TRIANGLES);
    glVertex3f( 0.0f,  1.0f, 0.0f);
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 0.0f);
    glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 0.0f);
    glEnd();
}

/* A triangle tilted 45 degrees manually. */
static void draw_triangle_45() {
    glBegin(GL_TRIANGLES);
    glVertex3f( 0.0f,  1.0f, -1.0f);
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f,  0.0f);
    glVertex3f( 1.0f, -1.0f,  0.0f);
    glEnd();
}

static void display(void) {
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glPushMatrix();

    /*
    Triangle perpendicular to the light.
    0,0,1 also happens to be the default normal if we hadn't specified one.
    */
    glNormal3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
    draw_triangle();

    /*
    This triangle is as bright as the previous one.
    This is not photorealistic, where it should be less bright.
    */
    glTranslatef(2.0f, 0.0f, 0.0f);
    draw_triangle_45();

    /*
    Same as previous triangle, but with the normal set
    to the photorealistic value of 45, making it less bright.

    Note that the norm of this normal vector is not 1,
    but we are fine since we are using `glEnable(GL_NORMALIZE)`.
    */
    glTranslatef(2.0f, 0.0f, 0.0f);
    glNormal3f(0.0f, 1.0f, 1.0f);
    draw_triangle_45();

    /*
    This triangle is rotated 45 degrees with a glRotate.
    It should be as bright as the previous one,
    even though we set the normal to 0,0,1.
    So glRotate also affects the normal!
    */
    glTranslatef(2.0f, 0.0f, 0.0f);
    glNormal3f(0.0, 0.0, 1.0);
    glRotatef(45.0, -1.0, 0.0, 0.0);
    draw_triangle();

    glPopMatrix();
    glFlush();
}

static void init(void) {
    GLfloat light0_diffuse[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
    /* Plane wave coming from +z infinity. */
    GLfloat light0_position[] = {0.0, 0.0, 1.0, 0.0};
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
    glShadeModel(GL_SMOOTH);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light0_position);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light0_diffuse);
    glEnable(GL_LIGHTING);
    glEnable(GL_LIGHT0);
    glColorMaterial(GL_FRONT, GL_DIFFUSE);
    glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);
    glEnable(GL_NORMALIZE);
}

static void reshape(int w, int h) {
    glViewport(0, 0, w, h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    glOrtho(-1.0, 7.0, -1.0, 1.0, -1.5, 1.5);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
}

int main(int argc, char** argv) {
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowSize(800, 200);
    glutInitWindowPosition(100, 100);
    glutCreateWindow(argv[0]);
    init();
    glutDisplayFunc(display);
    glutReshapeFunc(reshape);
    glutMainLoop();
    return EXIT_SUCCESS;
}

ทฤษฎี

ใน OpenGL แต่ละจุดยอดมีเวกเตอร์ปกติของตัวเองที่เกี่ยวข้อง

เวกเตอร์ปกติจะกำหนดความสว่างของจุดสุดยอดซึ่งจะถูกใช้เพื่อกำหนดความสว่างของรูปสามเหลี่ยม

เมื่อพื้นผิวตั้งฉากกับแสงจะสว่างกว่าผิวขนาน

glNormal ตั้งค่าเวกเตอร์ปกติปัจจุบันซึ่งใช้สำหรับจุดยอดต่อไปนี้ทั้งหมด

ค่าเริ่มต้นสำหรับปกติก่อนเราทุกคนglNormalคือ0,0,1คือ

เวกเตอร์ปกติจะต้องมีบรรทัดฐาน 1 ไม่เช่นนั้นสีจะเปลี่ยน! glScaleยังเปลี่ยนความยาวของบรรทัดฐาน! glEnable(GL_NORMALIZE);ทำให้ OpenGL ตั้งค่ามาตรฐานโดยอัตโนมัติเป็น 1 สำหรับเราโดยอัตโนมัติ GIF นี้แสดงให้เห็นว่าสวยงาม

บรรณานุกรม:

• /programming/5906993/what-is-a-normal-in-opengl
• https://www.opengl.org/sdk/docs/man2/xhtml/glNormal.xml
• http://www.tomdalling.com/blog/modern-opengl/06-diffuse-point-lighting/
• http://learnopengl.com/#!Advanced-Lighting/Normal-Mapping

คุณต้องใช้ glNormal เพื่อนำคุณสมบัติบางอย่างไปใช้กับ coder ตัวอย่างเช่นคุณอาจต้องการสร้างข้อมูลมาตรฐานรักษาขอบแข็ง