在 OpenGL 中为地形生成平滑法线

Question

我正在实施一个使用柏林噪声生成地形的系统。这就是我生成顶点的方式：

int arrayIdx = 0;

    for(float x = offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f; x < float(CHUNK_WIDTH) + offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f; x += TRIANGLE_WIDTH) {
        for(float y = offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f; y < float(CHUNK_WIDTH) + offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f; y += TRIANGLE_WIDTH) {
            float height0 = noise->octaveNoise(x + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH),
            height1 = noise->octaveNoise(x + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH),
            height2 = noise->octaveNoise(x + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH),
            height3 = noise->octaveNoise(x + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH);

            mapVertices[arrayIdx + 0] = glm::vec3(x + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH, height0, y + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapVertices[arrayIdx + 1] = glm::vec3(x + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH, height1, y + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapVertices[arrayIdx + 2] = glm::vec3(x + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH, height2, y + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapVertices[arrayIdx + 3] = glm::vec3(x + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH, height3, y + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapVertices[arrayIdx + 4] = glm::vec3(x + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH, height1, y + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapVertices[arrayIdx + 5] = glm::vec3(x + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH, height2, y + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH);

            mapUVs[arrayIdx + 0] = glm::vec2(x + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapUVs[arrayIdx + 1] = glm::vec2(x + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapUVs[arrayIdx + 2] = glm::vec2(x + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapUVs[arrayIdx + 3] = glm::vec2(x + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapUVs[arrayIdx + 4] = glm::vec2(x + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH);
            mapUVs[arrayIdx + 5] = glm::vec2(x + 0.0f * TRIANGLE_WIDTH, y + 1.0f * TRIANGLE_WIDTH);



            glm::vec3 normal0 = -1.0f * glm::triangleNormal(mapVertices[arrayIdx + 0], mapVertices[arrayIdx + 1], mapVertices[arrayIdx + 2]),
            normal1 = +1.0f * glm::triangleNormal(mapVertices[arrayIdx + 3], mapVertices[arrayIdx + 4], mapVertices[arrayIdx + 5]);

            mapNormals[arrayIdx + 0] = normal0;
            mapNormals[arrayIdx + 1] = (normal0 + normal1) / 2.0f;
            mapNormals[arrayIdx + 2] = (normal0 + normal1) / 2.0f;
            mapNormals[arrayIdx + 3] = normal1;
            mapNormals[arrayIdx + 4] = (normal0 + normal1) / 2.0f;
            mapNormals[arrayIdx + 5] = (normal0 + normal1) / 2.0f;


            arrayIdx += 6;
        }
    }

不使用光照会产生这些非常平滑的结果，

唯一剩下要做的就是为三角形生成法线，这将使地形看起来平滑。仅使用 glm::triangleNormal 会产生此结果，

如您所见，照明确实破坏了表面光滑的错觉。

我试过在三角形的碰撞顶点上使用法线的平均值，如下所示：

arrayIdx = 0;

    for(float x = offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f; x < float(CHUNK_WIDTH) + offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f; x += TRIANGLE_WIDTH) {
        for(float y = offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f; y < float(CHUNK_WIDTH) + offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f; y += TRIANGLE_WIDTH) {

            if((x == offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f && y == offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f) ||
               (x == float(CHUNK_WIDTH) + offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f - TRIANGLE_WIDTH && y == offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f) ||
               (x == offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f && y ==  float(CHUNK_WIDTH) + offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f - TRIANGLE_WIDTH) ||
               (x == float(CHUNK_WIDTH) + offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f - TRIANGLE_WIDTH && y ==  float(CHUNK_WIDTH) + offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f - TRIANGLE_WIDTH)) {
                //Special case
            }
            else if(x ==  float(CHUNK_WIDTH) + offset.x - CHUNK_WIDTH / 2.0f - TRIANGLE_WIDTH ||
                    y ==  float(CHUNK_WIDTH) + offset.y - CHUNK_WIDTH / 2.0f - TRIANGLE_WIDTH) {
                 //Special case
            }
            else {
                glm::vec3 averageNormals = (mapNormals[arrayIdx + 3 + 0] + //This triangle
                                            mapNormals[arrayIdx + 0 + int(CHUNK_WIDTH * (1.0f / TRIANGLE_WIDTH)) * 6 + 6] + //Triangle after and this one
                                            mapNormals[arrayIdx + 2 + 6] + //Triangle in the right
                                            mapNormals[arrayIdx + 5 + 6] + //Triangle in the right
                                            mapNormals[arrayIdx + 1 + int(CHUNK_WIDTH * (1.0f / TRIANGLE_WIDTH)) * 6] + //Triangle after this one
                                            mapNormals[arrayIdx + 4 + int(CHUNK_WIDTH * (1.0f / TRIANGLE_WIDTH)) * 6])  //Triangle after this one
                                            / 6.0f;

                mapNormals[arrayIdx + 3 + 0] = averageNormals;
                mapNormals[arrayIdx + 2 + 6] = mapNormals[arrayIdx + 3 + 0];
                mapNormals[arrayIdx + 5 + 6] = mapNormals[arrayIdx + 3 + 0];
                mapNormals[arrayIdx + 1 + int(CHUNK_WIDTH * (1.0f / TRIANGLE_WIDTH)) * 6] = mapNormals[arrayIdx + 3 + 0];
                mapNormals[arrayIdx + 4 + int(CHUNK_WIDTH * (1.0f / TRIANGLE_WIDTH)) * 6] = mapNormals[arrayIdx + 3 + 0];
                mapNormals[arrayIdx + 0 + int(CHUNK_WIDTH * (1.0f / TRIANGLE_WIDTH)) * 6 + 6] = mapNormals[arrayIdx + 3 + 0];
            }

            arrayIdx += 6;
        }
    }

产生了这个结果，

但这看起来并没有好多少。

使用法线作为片段颜色得到这个结果：

将法线渲染为线会产生此结果，这是在优化之前使用较大的三角形，以减少线的数量：

这是我的优化：

不知何故，两个法线没有设置。

这里的蓝线是平均法线，绿线是优化前的个别法线，看起来不错：

这是线框图：

可能有些法线没有设置为平均值？

如何生成平滑的法线？

Answer 1

逐顶点法线的计算方法如下：您必须考虑顶点也属于的每个多边形，例如：

正如您所说，问题似乎与照明有关。计算出正确的逐顶点法线后，您还应该使用正确的着色技术，在本例中应该是 Phong 或 Gouraud 着色，而不是 Flat 着色，正如您正在使用的那样。

Answer 2

我可以看到我请求的图像...

如果没有一些法线指向下词，现在看看地形下方。如果是，则表示交叉中的乘法顺序错误或地形几何中的绕组不同。

然后检查您的法线是否已标准化（相同大小），但快速查看对我来说还不错。

如果渲染平均法线（使用不同的颜色），它应该被其他法线包围（在它们的中间）

无论如何，这对我来说不合适：

看起来其中一条法线在反射方向上。你确定你是从正确的顶点计算法线吗？

您的几何形状看起来像三角四边形网格，所以您可能使用了错误的对角线...

在 OpenGL 中为地形生成平滑法线

Generating smooth normals for terrains in OpenGL

c++

opengl

glm-math