基于法线的边缘检测

逍遥剑客

发布于 2019-02-20 14:42:58

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发布于 2019-02-20 14:42:58

在边缘高亮效果中我提到过两种方法, 各有优缺点吧

图像空间域的边缘检测效果比较好, 中间没有多余的线条. 缺点是PS中计算比较慢

第二种把模型"放大"(其实是变胖)的做法, 可以在VS中完成, 不需要额外的RenderTarget, 适合低端显卡使用, 适应性好. 不如果模型法线信息不对的话, 会造成画面错乱. 实际使用时可以根据W值(不用Z深度)来画出远近粗细一样的线条

这次提到的基于法线的方法, 其实跟2D的空间域边缘检测很相似, 如果要求结果是绘制物体的线条图而不仅仅是一个边缘轮廓时, 它就派上用场了. (还是要用PS去算, 实际使用时要注意性能问题)

基本的渲染流程(2 pass):

	第一个pass用于生成法线图到一张RenderTarget上, 第二个pass跟据这张法线图来做边缘检测. 实际使用时可以采用Multi-RenderTarget来加速

法线信息要在pixel shader里进行向量化, 不然会在一些面上出块很淡的颜色. 如果对质量要求不高, 可以在VS中进行向量化.

RenderTarget要Clear成单位化的值, 我用的(0,0,1), 即纯蓝色

/*********************VS*********************/
float4x4 matViewProjection;

struct VS_INPUT 
{
   float4 Position : POSITION0;
   float3 Normal   : NORMAL0;
};

struct VS_OUTPUT 
{
   float4 Position : POSITION0;
   float3 Normal   : TEXCOORD0;
};

VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input )
{
   VS_OUTPUT Output;

   Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection );
   Output.Normal = mul( Input.Normal, matViewProjection );
   
   return( Output );
   
}
/*********************PS*********************/
float4 ps_main(float3 normal : TEXCOORD0) : COLOR0
{   
   return(float4(normalize(normal), 1.0f));
}

注意法线图的格式是浮点数格式, 我用的是D3DFMT_A16B16G16R16F(因为法线有负值, 你也可以自己压缩到[0,1]再解开)

有了这张法线图就很好办了, 对每个像素计算它与周围像素的法线夹角余弦值的和, 再取反(1-degree), 这样就能计算出来边缘了

依据就是边缘处的法线夹角比较大, 余弦值更接近0甚至为负值.

sampler TexNormal;
float2 fInverseViewportDimensions;

float2 PixelKernel[4] =
{
    { 0,  1},
    { 1,  0},
    { 0, -1},
    {-1,  0}
};

float4 ps_main(float2 texCoord : TEXCOORD0) : COLOR0
{
   float4 origin = tex2D(TexNormal, texCoord);
   float3 sum = 0;
   for (int i = 0; i < 4; i++)
   {
      float2 texel = texCoord + PixelKernel[i] * fInverseViewportDimensions;
      sum += saturate(1.0f - dot(origin.xyz, tex2D(TexNormal, texel).xyz));
   }
   
   return float4(sum, 1.0f);
}

最终效果: