From 17a78d6c0507d6bdb6ed69c7f1be5dce96a95ce1 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: "R.E. Kovalev" Date: Thu, 15 Jun 2023 13:42:01 +0300 Subject: [PATCH] PBR --- shaders/lighting.frag | 254 +++++++++++++++++++++++++----------------- 1 file changed, 149 insertions(+), 105 deletions(-) diff --git a/shaders/lighting.frag b/shaders/lighting.frag index 9f83932..1ceb1ba 100644 --- a/shaders/lighting.frag +++ b/shaders/lighting.frag @@ -35,8 +35,9 @@ uniform float camera_cascade_distances[4]; // Размер массива дол uniform sampler2D gPosition; uniform sampler2D gNormal; -uniform sampler2D gDiffuseP; -uniform sampler2D gAmbientSpecular; +uniform sampler2D gBaseColor; +uniform sampler2D gRMS; +uniform sampler2D gEmittedColor; uniform sampler2DArray sunShadowDepth; uniform samplerCubeArray pointShadowDepth; uniform sampler2D ssao; @@ -51,25 +52,51 @@ layout(std140, binding = 4) uniform gamma out vec4 color; +const float PI = 3.14159265359; + +float D(vec3 H, vec3 N, float a) +{ + float tmp = max(dot(N, H), 0); + tmp = tmp*tmp*(a*a-1)+1; + return a*a/(PI * tmp*tmp); +} + +float G_Sclick_Beckmann(float NDotDir, float a) +{ + float tmp = (a+1)*(a+1) / 8; + return 1 / (NDotDir * (1 - tmp) + tmp); +} + +float G_Smith(float LDotN, float CamDotN, float a) +{ + return G_Sclick_Beckmann(LDotN, a) * G_Sclick_Beckmann(CamDotN, a); +} + +vec3 F(vec3 H, vec3 Cam_vertex, float metallic, float specular, vec3 base_color) +{ + vec3 F0 = mix(vec3(0.08 * specular), base_color, metallic); + return F0 + (1 - F0) * pow(1 - max(dot(H, Cam_vertex),0), 5); +} + void main() { // Получим данные из текстур буфера vec3 fragPos = texture(gPosition, texCoord).rgb; - vec3 N = texture(gNormal, texCoord).rgb; - vec3 kd = texture(gDiffuseP, texCoord).rgb; - vec3 ka = texture(gAmbientSpecular, texCoord).rgb; - float ks = texture(gAmbientSpecular, texCoord).a; - float p = texture(gDiffuseP, texCoord).a; + vec3 N = normalize(texture(gNormal, texCoord).rgb); + vec3 base_color = texture(gBaseColor, texCoord).rgb; + float roughness = texture(gRMS, texCoord).r; + float metallic = texture(gRMS, texCoord).g; + float specular = texture(gRMS, texCoord).b; float ssao_value = texture(ssao, texCoord).r; // Переменные используемые в цикле: - vec3 L_vertex; // Данные об источнике относительно фрагмента - vec3 Cam_vertex = normalize(camera.position - fragPos); // Данные о камере относительно фрагмента - float diffuse; // Диффузная составляющая - vec3 H; // Вектор половины пути - float specular; // Зеркальная составляющая + vec3 L_vertex; // Расположение источника относительно фрагмента float L_distance; // Расстояние от поверхности до источника - float attenuation; // Коэф. угасания + vec3 Cam_vertex = normalize(camera.position - fragPos); // Расположение камеры относительно фрагмента + vec3 ks; // Интенсивность зеркального отражения + vec3 fd, fs; // Диффузное и зеркальное отражения + vec3 H; // Вектор половины пути + float attenuation; // Угасание с учетом расстояния float acosA; // Косинус между вектором от поверхности к источнику и обратным направлением источника float intensity; // Интенсивность для прожектора vec3 fragPosLightSpace; // Фрагмент в пространстве источника @@ -82,6 +109,8 @@ void main() vec4 fragPosCamSpace = camera.view * vec4(fragPos, 1); // Фрагмент в пространстве камеры int cascade_index; // Индекс текущего каскада для вычисления теней + float CamDotN = dot(Cam_vertex,N); // Скалярное произведение вектора на камеру и нормали + float LDotN; // Скалярное произведение вектора на источник и нормали // Определение индекса каскада в который попадает фрагмент (цикл на 1 меньше чем кол-во каскадов) for (cascade_index = 0; cascade_index < 3; cascade_index++) @@ -89,118 +118,133 @@ void main() break; // Фоновая освещенность - color = vec4(ka, 1) * ssao_value; - - // Расчет солнца, если его цвет не черный - if (length(sun.color) > 0) + color = vec4(texture(gEmittedColor, texCoord).rgb, 1); + + // Если у модели есть нормаль + if (length(N) > 0) { - // Расположение фрагмента в координатах теневой карты - fragPosLightSpace = (sun.vp[cascade_index] * vec4(fragPos, 1.0)).xyz; - // Переход от [-1;1] к [0;1] - fragPosLightSpace = (fragPosLightSpace + vec3(1.0)) / 2; - // Сдвиг для решения проблемы акне - fragPosLightSpace.z -= max(0.05 * (1.0 - dot(N, sun.direction)), 0.005); - // Проверка PCF - shadowValue = 0.0; - for(x = -1; x <= 1; ++x) + // Расчет солнца, если его цвет не черный + if (length(sun.color) > 0) { - for(y = -1; y <= 1; ++y) + // Расположение фрагмента в координатах теневой карты + fragPosLightSpace = (sun.vp[cascade_index] * vec4(fragPos, 1.0)).xyz; + // Переход от [-1;1] к [0;1] + fragPosLightSpace = (fragPosLightSpace + vec3(1.0)) / 2; + // Сдвиг для решения проблемы акне + fragPosLightSpace.z -= max(0.05 * (1.0 - dot(N, sun.direction)), 0.005); + // Проверка PCF + shadowValue = 0.0; + texelSize = 1.0 / textureSize(sunShadowDepth, 0).xy; // Размер текселя текстуры теней + for(x = -1; x <= 1; ++x) { - pcfDepth = texture(sunShadowDepth, vec3(fragPosLightSpace.xy + vec2(x, y) * texelSize, cascade_index)).r; - shadowValue += fragPosLightSpace.z > pcfDepth ? 1.0 : 0.0; - } - } - shadowValue /= 9; - // Рассчитываем освещенность, если значение тени меньше 1 - if (shadowValue < 1.0) - { - // Данные об источнике относительно фрагмента - L_vertex = normalize(sun.direction); - // Диффузная составляющая - diffuse = max(dot(L_vertex, N), 0.0); // скалярное произведение с отсеканием значений < 0 - - // Вектор половины пути - H = normalize(L_vertex + Cam_vertex); - // Зеркальная составляющая - specular = pow(max(dot(H, N), 0.0), p*4); // скалярное произведение с отсеканием значений < 0 в степени p - // Результирующий цвет с учетом солнца - color += ( vec4(sun.color*kd*diffuse, 1) - + vec4(sun.color*ks*specular, 1) ) * (1.0 - shadowValue); - } - } - - // Цикл по источникам света - int i; - for (i = 0; i < light_f.count; i++) - { - // Обнулим значение тени - shadowValue = 0; - // Позиция фрагмента относительно источника - fragPosLightSpace = fragPos - light_f.data[i].position; - // Дистанция между фрагментом и источником в диапазоне [0;1] - cubemap_depth = length(fragPosLightSpace) / light_f.data[i].attenuation.r; - // Сдвиг для решения проблемы акне - cubemap_depth -= max(0.05 * (1.0 - dot(N, light_f.data[i].direction_angle.xyz)), 0.005); - for(x = -1; x <= 1; ++x) - { - for(y = -1; y <= 1; ++y) - { - for(z = -1; z <= 1; ++z) + for(y = -1; y <= 1; ++y) { - // Значение из кубической текстуры с учетом источника (i) - pcfDepth = texture(pointShadowDepth, vec4(fragPosLightSpace + vec3(x, y, z)*cubemap_offset, i)).r; - if(cubemap_depth > pcfDepth) - shadowValue += 1.0; - } + pcfDepth = texture(sunShadowDepth, vec3(fragPosLightSpace.xy + vec2(x, y) * texelSize, cascade_index)).r; + shadowValue += fragPosLightSpace.z > pcfDepth ? 1.0 : 0.0; + } } - } - shadowValue /= (27); - if (shadowValue < 1.0) - { - // Данные об источнике относительно фрагмента - L_vertex = light_f.data[i].position - fragPos; - - // Расстояние от поверхности до источника - L_distance = length(L_vertex); - - // Проверка на дистанцию - if (L_distance < light_f.data[i].attenuation.r) + shadowValue /= 9.0; + // Рассчитываем освещенность, если значение тени меньше 1 + if (shadowValue < 1.0) { - // Нормирование вектора - L_vertex = normalize(L_vertex); - // арккосинус между вектором от поверхности к источнику и обратным направлением источника - acosA = degrees(acos(dot(-L_vertex, normalize(light_f.data[i].direction_angle.xyz)))); - // Если угол меньше угла источника или угол источника минимален, то считаем освещенность - if(acosA <= light_f.data[i].direction_angle.a) + // Данные об источнике относительно фрагмента + L_vertex = normalize(sun.direction); + LDotN = dot(L_vertex,N); + if (LDotN > 0) { - // Диффузная составляющая - diffuse = max(dot(L_vertex, N), 0.0); // скалярное произведение с отсеканием значений < 0 - // Вектор половины пути H = normalize(L_vertex + Cam_vertex); - // Зеркальная составляющая - specular = pow(max(dot(H, N), 0.0), p*4); // скалярное произведение с отсеканием значений < 0 в степени p - // Угасание с учетом расстояния - attenuation = 1 / (1 + light_f.data[i].attenuation[1] * L_distance + light_f.data[i].attenuation[2] * L_distance * L_distance); + // Зеркальное отражение + ks = F(H, Cam_vertex, metallic, specular, base_color); + fs = ks * min(D(H, N, roughness*roughness) / 4, 1) * G_Smith(LDotN, CamDotN, roughness*roughness); - // Если источник - прожектор, то добавим смягчение - if (light_f.data[i].direction_angle.a < 180) + // Диффузное отражение + fd = (1 - length(ks)/length(base_color)) * base_color; + + // Результирующий цвет с учетом солнца + color.rgb += (fd + fs) * sun.color * LDotN * (1.0 - shadowValue); + } + } + } + + // Цикл по источникам света + int i; + for (i = 0; i < light_f.count; i++) + { + // Обнулим значение тени + shadowValue = 0; + // Позиция фрагмента относительно источника + fragPosLightSpace = fragPos - light_f.data[i].position; + // Дистанция между фрагментом и источником в диапазоне [0;1] + cubemap_depth = length(fragPosLightSpace) / light_f.data[i].attenuation.r; + // Сдвиг для решения проблемы акне + cubemap_depth -= max(0.05 * (1.0 - dot(N, sun.direction)), 0.005); + for(x = -1; x <= 1; ++x) + { + for(y = -1; y <= 1; ++y) + { + for(z = -1; z <= 1; ++z) { - intensity = clamp((light_f.data[i].direction_angle.a - acosA) / 5, 0.0, 1.0); - diffuse *= intensity; - specular *= intensity; + // Значение из кубической текстуры с учетом источника (i) + pcfDepth = texture(pointShadowDepth, vec4(fragPosLightSpace + vec3(x, y, z)*cubemap_offset, i)).r; + if(cubemap_depth > pcfDepth) + shadowValue += 1.0; } + } + } + shadowValue /= (27); + if (shadowValue < 1.0) + { + // Данные об источнике относительно фрагмента + L_vertex = light_f.data[i].position - fragPos; + // Расстояние от поверхности до источника + L_distance = length(L_vertex); - color += ( vec4(light_f.data[i].color*kd*diffuse * attenuation, 1) - + vec4(light_f.data[i].color*ks*specular * attenuation, 1) ) * (1.0 - shadowValue); + // Проверка на дистанцию + if (L_distance < light_f.data[i].attenuation.r) + { + // Нормирование вектора + L_vertex = normalize(L_vertex); + // арккосинус между вектором от поверхности к источнику и обратным направлением источника + acosA = degrees(acos(dot(-L_vertex, normalize(light_f.data[i].direction_angle.rgb)))); + // Если угол меньше угла источника или угол источника минимален, то считаем освещенность + if(acosA <= light_f.data[i].direction_angle.a) + { + LDotN = dot(L_vertex,N); + if (LDotN > 0) + { + // Вектор половины пути + H = normalize(L_vertex + Cam_vertex); + + // Угасание с учетом расстояния + attenuation = 1 / (1 + light_f.data[i].attenuation[1] * L_distance + light_f.data[i].attenuation[2] * L_distance * L_distance); + + // Зеркальное отражение + ks = F(H, Cam_vertex, metallic, specular, base_color); + fs = ks * min(D(H, N, roughness*roughness) / 4, 1) * G_Smith(LDotN, CamDotN, roughness*roughness); + + // Диффузное отражение + fd = (1 - length(ks)/length(base_color)) * base_color; + + // Если источник - прожектор, то добавим смягчение + if (light_f.data[i].direction_angle.a < 180) + { + intensity = clamp((light_f.data[i].direction_angle.a - acosA) / 5, 0.0, 1.0); + fd *= intensity; + fs *= intensity; + } + + color.rgb += (fd + fs) * light_f.data[i].color * attenuation * LDotN * (1.0 - shadowValue); + } + } } } } } // Применение гамма-коррекции - color.rgb = pow(color.rgb, vec3(inv_gamma)); + color.rgb = pow(color.rgb * ssao_value, vec3(inv_gamma)); vec3 ID = texture(gID, texCoord).rgb; // Обводка выбранного объекта