计算机图形学编程(使用OpenGL和C++)(第2版)学习笔记 13.几何着色器（二）爆炸效果&修改图元类型

1. 爆炸效果

这是几何着色器中的一个常见应用，我们使用几何着色器来模拟爆炸效果。

我们希望将每个三角形沿其表面法向量向外移动，则实际上是将组成环面的三角形向外“爆炸”。

我们只需取三个顶点的法向量，然后将其相加并求平均，即可得到环面的法向量。这样就能形成爆炸效果。

1.1. 代码

只需修改几何着色器即可，主要修改为红框部份：

完整代码如下

#version 430

// 定义输入图元类型为三角形
layout (triangles) in;

// 从顶点着色器接收的输入变量（必须声明为数组）
in vec3 varyingNormal[];    // 法线向量数组
in vec3 varyingLightDir[];  // 光照方向数组
in vec3 varyingVertPos[];   // 顶点位置数组

// 传递给片段着色器的输出变量
out vec3 gNormal;    // 法线向量
out vec3 gLightDir;  // 光照方向
out vec3 gVertPos;   // 顶点位置

// uniform变量声明
uniform mat4 proj_matrix;  // 投影矩阵
uniform mat4 norm_matrix;  // 法线变换矩阵

// 定义输出图元类型为三角形带，每个图元最多输出3个顶点
layout (triangle_strip, max_vertices = 3) out;

void main(void)
{
    vec3 triangleNormal=(varyingNormal[0] + varyingNormal[1] + varyingNormal[2]) / 3.0;
    // 处理三角形的每个顶点
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        // 计算膨胀效果
        //vec3 normal = normalize(varyingNormal[i]);  // 归一化法线向量
        vec3 normal = normalize(triangleNormal);  // 归一化法线向量
        
        // 将顶点沿法线方向移动（膨胀效果）
        
        //gl_Position = proj_matrix * gl_in[i].gl_Position + normalize(vec4(normal, 1.0));
        gl_Position =proj_matrix*( gl_in[i].gl_Position + normalize(vec4(normal, 1.0)) * 0.5);
        
        // 将变量传递给片段着色器
        gNormal = varyingNormal[i];      // 传递法线
        gLightDir = varyingLightDir[i];  // 传递光照方向
        gVertPos = varyingVertPos[i];    // 传递顶点位置
        
        // 发射顶点
        EmitVertex();
    }
    // 结束当前图元的构建
    EndPrimitive();
}

2. 修改图元类型

上图是将三角形图元修改为线段图元，我们只需要修改几何着色器即可,
核心思路是形成新的两个点

完整代码如下

#version 430
// 点光源结构体定义
struct PositionalLight
{   
    vec4 ambient;    // 环境光分量
    vec4 diffuse;    // 漫反射分量
    vec4 specular;   // 镜面反射分量
    vec3 position;   // 光源位置
};
// 定义输入图元类型为三角形
layout (triangles) in;

// 从顶点着色器接收的输入变量（必须声明为数组）
in vec3 varyingNormal[];    // 法线向量数组
in vec3 varyingLightDir[];  // 光照方向数组
in vec3 varyingVertPos[];   // 顶点位置数组

// 传递给片段着色器的输出变量
out vec3 gNormal;    // 法线向量
out vec3 gLightDir;  // 光照方向
out vec3 gVertPos;   // 顶点位置

// uniform变量声明
uniform mat4 proj_matrix;  // 投影矩阵
uniform mat4 norm_matrix;  // 法线变换矩阵

uniform PositionalLight light;    // 点光源属性
layout (line_strip, max_vertices = 2) out;

void main(void)
{
    float sLen=0.5;
    vec3 op0 = gl_in[0].gl_Position.xyz; // 原始三角形顶点
    vec3 op1 = gl_in[1].gl_Position.xyz; 
    vec3 op2 = gl_in[2].gl_Position.xyz; 
    vec3 ep0 = gl_in[0].gl_Position.xyz + varyingNormal[0]*sLen; // 偏移三角形顶点
    vec3 ep1 = gl_in[1].gl_Position.xyz + varyingNormal[1]*sLen; 
    vec3 ep2 = gl_in[2].gl_Position.xyz + varyingNormal[2]*sLen; 
    // 计算组成小线段的新点
    vec3 newPoint1 = (op0 + op1 + op2)/3.0; // 原始点（起点）
    vec3 newPoint2 = (ep0 + ep1 + ep2)/3.0; // 终点
    gl_Position = proj_matrix * vec4(newPoint1, 1.0); 
    gVertPos = newPoint1; 
    gLightDir = light.position - newPoint1; 
    gNormal = varyingNormal[0]; 
    EmitVertex(); 
    gl_Position = proj_matrix * vec4(newPoint2, 1.0); 
    gVertPos = newPoint2; 
    gLightDir = light.position - newPoint2; 
    gNormal = varyingNormal[1]; 
    EmitVertex();
    // 结束当前图元的构建
    EndPrimitive();
}