Directx11教程(42) 纹理映射(12)-简单的bump mapping

有时候，我们只有一个粗糙的模型，但是我们想渲染纹理细节，比如一个砖墙，我们如何在只有一个平面的时候，渲染出砖墙凹凸的效果。

比如只有这样的墙：

但是我们想要这样的效果：

怎么办呢？这时候，我们可以考虑对第一张图进行处理，生成它的法向图，存储在一张纹理中，生成法向图的主要算法是：

对于一张图片，假设像素排列如上图所示，Hg,Hr,Ha分别表示这些点的RGB(或灰度)值，我们得到第一个向量(1,0,Hr-Hg),第二个向量(0,1,Ha-Hg),则法向可以通过它们的差积得到：

对所有的像素进行处理，我们可以得到一个纹理的法向图，比如第一张墙纹理贴图，经过计算，它的法向图为：

在物体表面，每个点都都有一个(T,N,B)的局部坐标系，分别对应切向、法向，副法向，有了纹理图后，我们可以通过公式

bumpNormal = normal + bumpMap.x * tangent + bumpMap.y * binormal; 得到最终的法向。其中bumpMap为前面计算得到的法向贴图，或者说normal map。

1、首先我们改写CubeModelClass类，设置顶点格式为：

struct VertexType

{
D3DXVECTOR3 position;
D3DXVECTOR3 normal; //法向
D3DXVECTOR3 tangent; //切向
D3DXVECTOR3 binormal; //副法向
D3DXVECTOR2 texture; //纹理坐标
D3DXVECTOR4 Kd; //材质漫反射系数
D3DXVECTOR4 Ks; //材质的高光系数
};

增加了切向和副法向的计算，主要通过顶点的uv坐标以及顶点值求得

void CubeModelClass::CalculateTangentBinormal(TempVertexType vertex1, TempVertexType vertex2, TempVertexType vertex3,
    VectorType& tangent, VectorType& binormal)
    {
    float vector1[3], vector2[3];
    float tuVector[2], tvVector[2];
    float den;
    float length;

    // 计算2个向量.
    vector1[0] = vertex2.x - vertex1.x;
    vector1[1] = vertex2.y - vertex1.y;
    vector1[2] = vertex2.z - vertex1.z;

    vector2[0] = vertex3.x - vertex1.x;
    vector2[1] = vertex3.y - vertex1.y;
    vector2[2] = vertex3.z - vertex1.z;

    // 计算tu和tv向量.
    tuVector[0] = vertex2.tu - vertex1.tu;
    tvVector[0] = vertex2.tv - vertex1.tv;

tuVector[1] = vertex3.tu - vertex1.tu;
tvVector[1] = vertex3.tv - vertex1.tv;

den = 1.0f / (tuVector[0] * tvVector[1] - tuVector[1] * tvVector[0]);

    tangent.x = (tvVector[1] * vector1[0] - tvVector[0] * vector2[0]) * den;
    tangent.y = (tvVector[1] * vector1[1] - tvVector[0] * vector2[1]) * den;
    tangent.z = (tvVector[1] * vector1[2] - tvVector[0] * vector2[2]) * den;

    binormal.x = (tuVector[0] * vector2[0] - tuVector[1] * vector1[0]) * den;
    binormal.y = (tuVector[0] * vector2[1] - tuVector[1] * vector1[1]) * den;
    binormal.z = (tuVector[0] * vector2[2] - tuVector[1] * vector1[2]) * den;

length = sqrt((tangent.x * tangent.x) + (tangent.y * tangent.y) + (tangent.z * tangent.z));

    // 归一化
    tangent.x = tangent.x / length;
    tangent.y = tangent.y / length;
    tangent.z = tangent.z / length;

// 计算向量的长度.
length = sqrt((binormal.x * binormal.x) + (binormal.y * binormal.y) + (binormal.z * binormal.z));

   // 归一化向量
    binormal.x = binormal.x / length;
    binormal.y = binormal.y / length;
    binormal.z = binormal.z / length;

return;
}

得到面的法向、切向以及副法向后，把他们赋值给顶点。

然后我们在LightTex2ShaderClass中，改变layout，然后修改lighttex2.vs和lighttex2.ps

特别是ps中，我们改变normal的计算方式：

float3 N;
float4 textureColor;
float4 textureColor1 = shaderTexture[0].Sample(SampleType, input.tex);
float4 textureColor2 = shaderTexture[1].Sample(SampleType, input.tex);

float4 bumpMap;
float3 bumpNormal;

//从范围[0,1]转换到[-1,1]，因为默认法向图我们用[0,1]的这种方式打开
bumpMap = (textureColor2 * 2.0f) - 1.0f;
N = input.worldnormal + bumpMap.x*input.worldtangent + bumpMap.y*input.worldbinormal;
N = normalize(N);

程序执行后，我们按R键，可以得到下面的结果：