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

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

vec3 projPos = vec3(5.0f,5.0f,5.0f);
   vec3 projAt = vec3(-2.0f,-4.0f,0.0f);
   vec3 projUp = vec3(0.0f,1.0f,0.0f);
   mat4 projView = glm::lookAt(projPos, projAt, projUp);print(projView);
   mat4 projProj = glm::perspective(30.0f, 1.0f, 0.2f, 1000.0f);print(projProj);
   mat4 projScaleTrans = glm::translate(vec3(0.5f)) * glm::scale(vec3(0.5f));
   prog.setUniform("ProjectorMatrix", projScaleTrans * projProj * projView);

   // Load texture file
   glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
   TGAIO::loadTex("../media/texture/flower.tga");
   glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_BORDER);
   glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_BORDER);

顶点shader

#version 430

layout (location = 0) in vec3 VertexPosition;
layout (location = 1) in vec3 VertexNormal;

out vec3 EyeNormal;       // Normal in eye coordinates
out vec4 EyePosition;     // Position in eye coordinates
out vec4 ProjTexCoord;

uniform mat4 ProjectorMatrix;

uniform vec3 WorldCameraPosition;
uniform mat4 ModelViewMatrix;
uniform mat4 ModelMatrix;
uniform mat3 NormalMatrix;
uniform mat4 ProjectionMatrix;
uniform mat4 MVP;

void main()
{
    vec4 pos4 = vec4(VertexPosition,1.0);

    EyeNormal = normalize(NormalMatrix * VertexNormal);
    EyePosition = ModelViewMatrix * pos4;
    ProjTexCoord = ProjectorMatrix * (ModelMatrix * pos4);
    gl_Position = MVP * pos4;
}

片元shader

#version 430

in vec3 EyeNormal;       // Normal in eye coordinates
in vec4 EyePosition;     // Position in eye coordinates
in vec4 ProjTexCoord;

layout(binding=0) uniform sampler2D ProjectorTex;

struct MaterialInfo {
    vec3 Kd;
    vec3 Ks;
    vec3 Ka;
    float Shininess;
};
uniform MaterialInfo Material;

struct LightInfo {
    vec3 Intensity;
    vec4 Position;
};
uniform LightInfo Light;

layout( location = 0 ) out vec4 FragColor;

vec3 phongModel( vec3 pos, vec3 norm ) {
    vec3 s = normalize(vec3(Light.Position) - pos);
    vec3 v = normalize(-pos.xyz);
    vec3 r = reflect( -s, norm );
    vec3 ambient = Light.Intensity * Material.Ka;
    float sDotN = max( dot(s,norm), 0.0 );
    vec3 diffuse = Light.Intensity * Material.Kd * sDotN;
    vec3 spec = vec3(0.0);
    if( sDotN > 0.0 )
        spec = Light.Intensity * Material.Ks *
               pow( max( dot(r,v), 0.0 ), Material.Shininess );

    return ambient + diffuse + spec;
}

void main() {
    vec3 color = phongModel(vec3(EyePosition), EyeNormal);

    vec4 projTexColor = vec4(0.0);
    if( ProjTexCoord.z > 0.0 )
        projTexColor = textureProj( ProjectorTex, ProjTexCoord );

    FragColor = vec4(color,1.0) + projTexColor * 0.5;
}

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