Qt 3D的研究(十):描边渲染(轮廓渲染)以及Silhouette Shader

来源:互联网 发布:js div滚动条触发事件 编辑:程序博客网 时间:2024/03/28 22:19

Qt 3D的研究(十):描边渲染(轮廓渲染)以及Silhouette Shader

 

       之前写了两篇文章,介绍了我在边缘检测上面的研究,实际上,使用GPU对渲染图像进行边缘检测,前提是需要进行两遍渲染,前一遍渲染的结果作为后一遍结果的输入纹理,接着在第二遍渲染的时候,对二维图像做一些图像处理,最终得出带轮廓的描边渲染效果,接着和正常渲染混合在一起,就成为渲染的最终图像。可是,这样的做法,是对二维图像做的图像处理,即使像上次对提取的深度进行图像处理,也无法准确地根据深度的突变来提取我们需要的边缘。所以我们需要新的方法来提取模型的边缘。


蒋彩阳原创文章,首发地址:http://blog.csdn.net/gamesdev/article/details/44455901。欢迎同行前来探讨。

       在这种情况下,我在网上搜索到了一篇文章,介绍了提取轮廓的方法:

1、顶点着色阶段,计算在view视角下的顶点到视点原点向量与在顶点位置向量的法向量;

2、对顶点到视点原点向量与法向量归一化,然后进行点积,表示夹角θ的cos值

3、如果cosθ>0,那么意味着θ<90°,可以代表这个顶点所在的面(当然也有可能是面面相交的棱上的点)朝向视点,表示正面,既然是正面,就显示原顶点位置;如果cosθ<0,那么意味着90°<θ<180°,可以代表这个面是背面,于是需要将顶点沿着法线偏移一定的距离,形成silhouette(轮廓)。

4、片断着色阶段,如果是正面的话,那么显示的是正常的片元颜色,否则显示的是黑色(或者是其它暗色)。

 

       根据这样的流程,我写了一个简单的着色器:

// Silhouette.vert#version 100// Qt 3D默认提供的参数attribute vec3 vertexPosition;attribute vec3 vertexNormal;uniform mat4 modelView;uniform mat3 modelViewNormal;uniform mat4 modelNormalMatrix;uniform mat4 mvp;// 自己提供的参数uniform vec3 lightPosition;varying float lightIntensity;float getLightIntensity( ){    vec3 ecPos = vec3( modelView * vec4( vertexPosition, 1.0 ) );    vec3 normal = modelViewNormal * vertexNormal;    ecPos = normalize( ecPos );    normal = normalize( normal );    return dot( -ecPos, normal );}void main( void ){    const float bias = 0.2;    vec3 silhouettePosition = vertexPosition + normalize( vertexNormal ) * bias;    lightIntensity = getLightIntensity( );    if ( lightIntensity > 0.0 ) gl_Position = mvp * vec4( vertexPosition, 1.0 );    else gl_Position = mvp * vec4( silhouettePosition, 1.0 );}// Silhouette.frag#version 110// 自己提供的参数varying float lightIntensity;void main( void ){    vec4 light = vec4( 0.9, 0.7, 0.5, 1.0 );    vec4 dark = vec4( 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 );    gl_FragColor = lightIntensity > 0.0? light: dark;}

运行的结果如下:

这里需要开启深度测试,测试公式是lessOrEqual。代码如下:

DepthTest { func: DepthTest.LessOrEqual }

       看来基本轮廓已经显示出来了,接下来要结合前段时间制作的卡通渲染效果,来一个结合。最终制作的ToonSilhouette着色器如下:

// ToonSilhouette.vert#version 100// Qt 3D默认提供的参数attribute vec3 vertexPosition;attribute vec3 vertexNormal;uniform mat4 modelView;uniform mat3 modelViewNormal;uniform mat4 modelNormalMatrix;uniform mat4 mvp;// 自己提供的参数uniform vec3 lightPosition;varying float lightIntensity;float getLightIntensity( ){    vec3 ecPos = vec3( modelView * vec4( vertexPosition, 1.0 ) );    vec3 normal = modelViewNormal * vertexNormal;    ecPos = normalize( ecPos );    normal = normalize( normal );    return dot( -ecPos, normal );}void main( void ){    const float bias = 0.1;    vec3 silhouettePosition = vertexPosition + normalize( vertexNormal ) * bias;    lightIntensity = getLightIntensity( );    if ( lightIntensity > 0.0 ) gl_Position = mvp * vec4( vertexPosition, 1.0 );    else gl_Position = mvp * vec4( silhouettePosition, 1.0 );}// ToonSilhouette.frag#version 110// 自己提供的参数uniform sampler2D texPalette;varying float lightIntensity;void main( void ){    vec4 light = vec4( 0.9, 0.7, 0.5, 1.0 );    vec4 dark = vec4( 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 );    vec4 toon = texture2D( texPalette, vec2( lightIntensity, 1.0 ) );    gl_FragColor = lightIntensity > 0.0? toon: dark;}

       演示程序的截图如下:

       这样看起来饱满多了。

       由于程序较长,我将所有代码放在了github中,有需要的同行朋友们可以从这个地址上clone运行之。

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