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OpenGL 4.0 GLSL 实现 投影纹理映射（Projective Texture Mapping） (转)

2024-08-01 11:31:52   225人阅读

http://blog.csdn.net/zhuyingqingfen/article/details/19331721

 
分类： GLSL 

投影纹理映射 （projective texture mapping）：就是把纹理投射到场景的物体上，就像一个投影机把幻灯片投影到其他物体上一样。

如下图：用左边的纹理图像投影到一个茶壶上

 

投影纹理的实现方法：

其 实最重要的一点就是确定纹理坐标，纹理坐标的确定依赖于物体表面点的相对位置和投影机的位置。在OpenGL中我们可以定义一个camera，我们定义一 个中心在投影机位置的坐标空间，viewMatrix（V)把世界坐标系的点转换到投影机的坐标系中，然后定义一个投影矩阵(P)。这样P*V就把点转化 到投影空间，但规格化的投影空间是[-1，1]，而纹理坐标是[0，1]，因此我们需要把 这个视景体转化到[0，1]中，我们可以先把其缩小1/2，然后再平移1/2，这样就转化到了[0，1]上。如图：

 

注意：由于坐标是齐次坐标系(homogeneous)，在我们用其访问纹理坐标前需要除以w。

应用程序设置代码片段

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  1. vec3 projPos = vec3(5.0f,5.0f,5.0f);  
  2.    vec3 projAt = vec3(-2.0f,-4.0f,0.0f);  
  3.    vec3 projUp = vec3(0.0f,1.0f,0.0f);  
  4.    mat4 projView = glm::lookAt(projPos, projAt, projUp);print(projView);  
  5.    mat4 projProj = glm::perspective(30.0f, 1.0f, 0.2f, 1000.0f);print(projProj);  
  6.    mat4 projScaleTrans = glm::translate(vec3(0.5f)) * glm::scale(vec3(0.5f));  
  7.    prog.setUniform("ProjectorMatrix", projScaleTrans * projProj * projView);  
  8.   
  9.    // Load texture file  
  10.    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);  
  11.    TGAIO::loadTex("../media/texture/flower.tga");  
  12.    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_BORDER);  
  13.    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_BORDER);  


顶点shader

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  1. #version 430  
  2.   
  3. layout (location = 0) in vec3 VertexPosition;  
  4. layout (location = 1) in vec3 VertexNormal;  
  5.   
  6. out vec3 EyeNormal;       // Normal in eye coordinates  
  7. out vec4 EyePosition;     // Position in eye coordinates  
  8. out vec4 ProjTexCoord;  
  9.   
  10. uniform mat4 ProjectorMatrix;  
  11.   
  12. uniform vec3 WorldCameraPosition;  
  13. uniform mat4 ModelViewMatrix;  
  14. uniform mat4 ModelMatrix;  
  15. uniform mat3 NormalMatrix;  
  16. uniform mat4 ProjectionMatrix;  
  17. uniform mat4 MVP;  
  18.   
  19. void main()  
  20. {  
  21.     vec4 pos4 = vec4(VertexPosition,1.0);  
  22.   
  23.     EyeNormal = normalize(NormalMatrix * VertexNormal);  
  24.     EyePosition = ModelViewMatrix * pos4;  
  25.     ProjTexCoord = ProjectorMatrix * (ModelMatrix * pos4);  
  26.     gl_Position = MVP * pos4;  
  27. }  


片元shader

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  1. #version 430  
  2.   
  3. in vec3 EyeNormal;       // Normal in eye coordinates  
  4. in vec4 EyePosition;     // Position in eye coordinates  
  5. in vec4 ProjTexCoord;  
  6.   
  7. layout(binding=0) uniform sampler2D ProjectorTex;  
  8.   
  9. struct MaterialInfo {  
  10.     vec3 Kd;  
  11.     vec3 Ks;  
  12.     vec3 Ka;  
  13.     float Shininess;  
  14. };  
  15. uniform MaterialInfo Material;  
  16.   
  17. struct LightInfo {  
  18.     vec3 Intensity;  
  19.     vec4 Position;  
  20. };  
  21. uniform LightInfo Light;  
  22.   
  23. layout( location = 0 ) out vec4 FragColor;  
  24.   
  25. vec3 phongModel( vec3 pos, vec3 norm ) {  
  26.     vec3 s = normalize(vec3(Light.Position) - pos);  
  27.     vec3 v = normalize(-pos.xyz);  
  28.     vec3 r = reflect( -s, norm );  
  29.     vec3 ambient = Light.Intensity * Material.Ka;  
  30.     float sDotN = max( dot(s,norm), 0.0 );  
  31.     vec3 diffuse = Light.Intensity * Material.Kd * sDotN;  
  32.     vec3 spec = vec3(0.0);  
  33.     if( sDotN > 0.0 )  
  34.         spec = Light.Intensity * Material.Ks *  
  35.                pow( max( dot(r,v), 0.0 ), Material.Shininess );  
  36.   
  37.     return ambient + diffuse + spec;  
  38. }  
  39.   
  40. void main() {  
  41.     vec3 color = phongModel(vec3(EyePosition), EyeNormal);  
  42.   
  43.     vec4 projTexColor = vec4(0.0);  
  44.     if( ProjTexCoord.z > 0.0 )  
  45.         projTexColor = textureProj( ProjectorTex, ProjTexCoord );  
  46.   
  47.     FragColor = vec4(color,1.0) + projTexColor * 0.5;  
  48. }  



在片元着色器中，if( ProjTexCoord.z > 0.0 )  意思是如果ProjTexCoord.z 为负，则说明在投影机的后面，我们不需要查找对应的纹理了。

 

textureProj 函数是用来访问纹理的（传入的纹理坐标是投影坐标系下的坐标），在前面我们提到，在平移缩放投影矩阵后，我们需要除以其坐标中的w项，而textureProj 会为我们做这些。

 

在本例子中有一个很大的缺点，投影纹理（projected texture） 将会投射到场景中的任何物体上，即便有物体遮挡。例如，我们可以让上图的地板向下移动一些。结果如图：

 

总结：

投影纹理映射真正的流程是 “ 根据投影机（视点相机）的位置、投影角度，物体的坐标，求出每个顶点所对应的纹理坐标，然后依据纹理坐标去查询纹理值 ” ，也就是说，不是将纹理投影到墙上，而是把墙投影到纹理上。投影纹理坐标的求得，也与纹理本身没有关系，而是由投影机的位置、角度，以及 3D 模型的顶点坐标所决定
projtexcoord=偏移矩阵 * 光源投影矩阵 * 光源观察矩阵 * 建模矩阵

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