为什么我的 OpenGL 场景在 z 距离为 1 处被裁剪？

Question

我正在研究 GLSL Cookbook，但我正在使用 C# 进行编程，因此我正在尝试使用 OpenTK 转换代码。我目前正在使用 Phong Shading 示例，我可以让照明机制正常工作，但我使用的环面模型不会渲染任何距离相机的 Z 距离超过 1 的元素.

这里是正确渲染的例子（x rotation = 0, y rotation = 0, camera.z = 1, model.z = 0） Torus Rendering Correctly

此处应用了 X 和 Y 旋转（x 旋转 = -0.5，y 旋转 = 0.5，camera.z = 1，model.z = 0） Torus rotated showing clipping

注意：如果在旋转的示例中，我将相机 更靠近 移动到 0.4 的 Z 位置，则环面不会出现裁剪。我不知道为什么将相机移近会减少剪裁！

有很多代码，所以我会尽量避免 post 把它们都写完。如果我确实需要 post，那么我很乐意这样做。

这是我的初始化块：

void InitProgram()
{
    // Compile and link shaders
    Compile();

    // Turn on depth testing
    GL.Enable(EnableCap.DepthTest);
    // Torus centred at (0,0,0), outer radius = 0.7, inner
    // radius = 0.3, 50 segments, 50 rings
    _torus = new VboTorus(0.7f, 0.3f, 50, 50);
    // Setup model matrix
    _model = Matrix4.Identity;
    _model *= Matrix4.CreateRotationX(-0.5f);
    _model *= Matrix4.CreateRotationY(0.5f);
    // Setup view matrix
    _view = Matrix4.LookAt(0f, 0f, 0.4f, 0f, 0f, 0.0f, 0f, 1f, 0f);
    // Setup projection matrix
    _projection = Matrix4.Identity;

    // Position the light
    var lightPos = new Vector4(5f, 5f, 2f, 1f);

    // Bind lighting attributes
    BindLightUniformBlock(lightPos);
    // Bind material attributes
    BindMaterialUniformBlock();
    // Output any errors
    var pil = GL.GetProgramInfoLog(_pgmId);
    Console.WriteLine(pil);
}

注意：GetProgramInfoLog() 不会 return 任何错误。另外，我的着色器中有很多调试代码来验证传入的值是否正确 - 它们是正确的。

渲染、更新和调整大小方法如下：

protected override void OnUpdateFrame(FrameEventArgs e)
{
    base.OnUpdateFrame(e);

    if (Keyboard[Key.Escape])
        Exit();

    GL.UseProgram(_pgmId);
}

protected override void OnRenderFrame(FrameEventArgs e)
{
    base.OnRenderFrame(e);
    GL.Clear(ClearBufferMask.ColorBufferBit | ClearBufferMask.DepthBufferBit);
    SetMatrices();
    _torus.Render();

    GL.Flush();
    SwapBuffers();
}

protected override void OnResize(EventArgs e)
{
    base.OnResize(e);
    GL.Viewport(0, 0, Width, Height);
}

我的M、V、P矩阵设置方法如下：

private void SetMatrices()
{
    var modelView = _view*_model;

    var uniformIndices = new int[3];
    GL.GetUniformIndices(_pgmId, 3, new[] { "modelViewMatrix", "normalMatrix", "mvpMatrix" }, uniformIndices);

    GL.UniformMatrix4(uniformIndices[0], false, ref modelView);   // Set modelView matrix uniform
    var normMatrix = new float[]
    {
        modelView.M11, modelView.M21, modelView.M31,
        modelView.M12, modelView.M22, modelView.M32,
        modelView.M13, modelView.M23, modelView.M33
    };
    GL.UniformMatrix3(uniformIndices[1], 1, false, normMatrix);   // Set normal matrix uniform
    var temp = _projection*modelView;
    GL.UniformMatrix4(uniformIndices[2], false, ref temp);   // Set lightPosition uniform
}

最后是我的顶点着色器：

#version 430

layout (location = 0) in vec3 vertexPosition;
layout (location = 1) in vec3 vertexNormal;

layout( std140 ) uniform lightInfo {
    vec4 position;
    vec3 ambientIntensity;
    vec3 diffuseIntensity;
    vec3 specularIntensity;
} light;

layout( std140 ) uniform materialInfo {
    vec3 ambientReflectivity;
    vec3 diffuseReflectivity;
    vec3 specularReflectivity;
    float shininess;
} material;

uniform mat4 modelViewMatrix;
uniform mat3 normalMatrix;
uniform mat4 mvpMatrix;

out vec3 lightIntensity;

void main()
{
    // Convert normal and position to eye coords
    vec3 tNorm = normalize( normalMatrix * vertexNormal );
    vec4 eyeCoords = modelViewMatrix * vec4( vertexPosition, 1.0 );
    vec3 s = normalize( vec3( light.position - eyeCoords ) );
    vec3 v = normalize( -eyeCoords.xyz );
    vec3 r = reflect( -s, tNorm );
    vec3 ambient = light.ambientIntensity * material.ambientReflectivity;
    float sDotN = max( dot( s, tNorm ), 0.0 );
    vec3 diffuse = light.diffuseIntensity * material.diffuseReflectivity * sDotN;

    // The diffuse shading equation
    vec3 spec = vec3( 0.0 );
    if( sDotN > 0.0 )
    {
        spec = light.specularIntensity * material.specularReflectivity * pow( max( dot( r, v ), 0.0 ), material.shininess );
    }
    lightIntensity = ambient + diffuse + spec;

    // Convert position to clip coordinates and pass along
    gl_Position = mvpMatrix * vec4( vertexPosition, 1.0 );
}

正如我所说，如果 posted 代码不足以找到问题的根源，我很乐意 post 剩下的。提前感谢您提供的任何建议。

Answer 1

我会说一切都按预期进行。 OpenGL 的剪辑 space 约定是标准化设备 space 中沿所有 3 轴的 [-1,1] 立方体。由于您使用标识作为投影矩阵，因此您的眼睛 space 将与 NDC 相同。换句话说，可见范围将从相机后面的 -1 个单位到相机前面的一个单位。

更糟糕的是，典型的 OpenGL 惯例是眼睛 space 是右撇子（z 指向您，相机朝 -z 方向看），并且 NDC / window space 左手（z 轴指向屏幕）。投影矩阵通常会翻转。因为你使用身份，你也没有得到它 - 所以它可能感觉非常不直观，但是当相机是 z_win = 1.

时，你正在剪裁通常用作近平面的东西

为什么我的 OpenGL 场景在 z 距离为 1 处被裁剪？

Why is my OpenGL scene clipping at z distance of 1?

c#

opengl

glsl

vertex-shader

opentk