Перевернутые нормали по краям объекта в OpenGL - PullRequest
Новая
       78

Перевернутые нормали по краям объекта в OpenGL

1 голос
/ 10 ноября 2019

Я использую vispy для рендеринга трехмерных параметрических поверхностей с помощью OpenGL. Похоже, по большей части это работает хорошо, но выглядит странно

в некоторых частях по краям геометриипочти как если бы нормали указывали внутрь ( пример ).

Я подозреваю, что проблема заключается либо в моем фрагментном шейдереили нормали поверхности, особенно в областях, где они находятся близко к перпендикуляру к направлению камеры. Вот как создаются вершины: 

# --- Python imports ---
import numpy as np

# --- Internal imports ---
from glmesh import MeshApp3D

# -----------------------------------------------------------
# Torus parameters
radius1     = 1.0
radius2     = 0.2

# Define torus
torus       = ( lambda u,v : np.cos(u)*(radius1+radius2*np.cos(v)),
                lambda u,v : np.sin(u)*(radius1+radius2*np.cos(v)),
                lambda u,v : radius2*np.sin(v) )

# Generate grid of points on the torus
nSamples    = 100
U           = np.linspace(0.0,2*np.pi,nSamples)
V           = np.linspace(0.0,-2*np.pi,nSamples)

grid        = np.array( 
                        [
                            [ [torus[componentIndex](u,v) for u in U] for v in V ] for componentIndex in (0,1,2)
                        ],
                        dtype=np.float32 )


# -----------------------------------------------------------
# Rearrange grid to a list of points
vertices    = np.reshape(
                        np.transpose(   grid, 
                                        axes=(1,2,0)),
                        ( nSamples*nSamples ,3))

# Generate triangle indices in a positive permutation
# For example:
# 7---8---9
# | / | / |
# 4---5---6
# | / | / |
# 1---2---3
#
# (1,5,4) (1,2,5) (2,6,5) (2,3,6) (4,8,7) (4,5,8) (5,9,8) (5,6,9)

faces = np.zeros( ( 2*(nSamples-1)*(nSamples-1), 3 ), dtype=np.uint32 )
k = 0
for j in range(nSamples-1):
    for i in range(nSamples-1):
        jni = j*nSamples+i

        faces[k]    = [ jni, 
                        jni+nSamples+1, 
                        jni+nSamples ]

        faces[k+1]  = [ jni, 
                        jni+1, 
                        jni+1+nSamples ]
        k+=2


# -----------------------------------------------------------
# -----------------------------------------------------------
meshApp = MeshApp3D(    {'vertices' : vertices, 'faces' : faces},
                        colors=(1.0,1.0,1.0) )
meshApp.run()

Фрагментный шейдер: 

varying vec3 position;
varying vec3 normal;
varying vec4 color;


void main() {

    // Diffuse
    vec3 lightDir       = normalize( position - vec3($lightPos) );
    float diffuse       = dot( normal, lightDir );
    //diffuse             = min( max(diffuse,0.0), 1.0 );

    // Specular
    vec3 halfWayVector  = normalize(  ( lightDir+vec3($cameraDir) )/2.0  );
    float specular      = min( max(   dot(halfWayVector,normal)   ,0.0), 1.0 );
    specular            = specular * specular * specular * specular;
    specular            = specular * specular * specular * specular;
    specular            = specular * specular * specular * specular;

    // Additive
    vec3 fragColor      = vec3($lightColor) * color.xyz;
    fragColor           = fragColor * ( $diffuseMaterialConstant * diffuse +
                                        $specularMaterialConstant * specular)
                                        + $ambientMaterialConstant * vec3($ambientLight) * color.xyz;


    gl_FragColor        = vec4(fragColor,1.0);
}

Остальная часть кода разбита на модули, но в двух словах, вот что происходит:

  • a MeshData состоит из вершин и граней
  • , нормали генерируются в MeshData внутри, на основе положений вершин и порядка, в котором они определяют их соответствующиетреугольники
  • холст и окно OpenGL создаются и инициализируются
  • сетка рисуется в виде полос треугольника

Проблемной частью может быть определение треугольников сетки,Пример: 

  7---8---9
  | / | / |
  4---5---6
  | / | / |
  1---2---3
v
^
|
---> u
(1,5,4) (1,2,5) (2,6,5) (2,3,6) (4,8,7) (4,5,8) (5,9,8) (5,6,9)

Изначально он должен был генерировать треугольники для двумерных функций z = f (x, y) и хорошо с ними работал, но я столкнулся с проблемами при его применении кпараметрические поверхности r (u, v) = [x (u, v), y (u, v), z (u, v)] . Например, по этой причине параметр v изменяется от 0 до -2pi вместо + 2pi (в противном случае нормалиуказывать внутрь).

Есть какие-нибудь идеи о том, что может вызывать глюки, видимые на изображении?

(или какой-нибудь совет по улучшению генерации треугольника?)

...