ios - GLSL ES Phong 着色器结果中的设备/操作系统不一致

Question

Apple's Best Practices for OpenGL ES建议不要对在片段着色器中计算的结果进行分支。但是Phong shading当光源在表面的“错误”一侧时，通常涉及跳过镜面反射项，对于这种情况，直接的方法是点单位法线方向 N 和光方向 L 并检查是否有阳性结果。

我试图在我的着色器中没有分支的情况下这样做:我没有使用 if 语句，而是对镜面反射项进行了所有计算，然后给它一个系数 1.0 如果 dot(N, L) 大于零，否则为 0.0。 (我使用内置的 step() 函数实现了这一点。结合 max() 和 sign() 产生相同的结果，但据说是有点慢。)

但是，这似乎会导致奇怪的、特定于设备和/或 iOS 版本的结果:

• 在我运行 iOS 6.0 的 iPhone 4 上，有分支的版本有一个很宽的镜面高光(左图)；在没有分支的情况下，我看到了一个狭窄的镜面高光(右图)，尽管“反光度”指数保持不变。
• 在 iOS 6.0 模拟器上，我看到第二张图片包含两个版本的着色器。
• 在我的 iPad(最初的 2010 型号，停留在 iOS 5.1)上，我看到了第一张包含两个版本着色器的图像。

显然，问题不在于分支或缺少分支。 (顺便说一下，右边的图像是“正确”的渲染。)

这是我的片段着色器:

precision mediump float;

uniform lowp vec3 ambientLight;
uniform lowp vec3 light0Color;
uniform lowp vec3 materialAmbient;
uniform lowp vec3 materialDiffuse;
uniform lowp vec3 materialSpecular;
uniform lowp float materialShininess;

// input variables from vertex shader (in view coordinates)
varying vec3 NormDir;
varying vec3 ViewDir;
varying vec3 LightDir;

void main (void)
{
    vec3 L = normalize(LightDir);
    vec3 N = normalize(NormDir);
    vec3 E = normalize(ViewDir);

    lowp vec3 ambient = ambientLight * materialAmbient;

    float cos_theta = dot(L, N);

    lowp vec3 diffuse = materialDiffuse * light0Color * max(0.0, cos_theta);

    lowp vec3 specular = vec3(0.0, 0.0, 0.0);
//  if (cos_theta > 0.0) {
        lowp vec3 R = reflect(-L, N);
        lowp vec3 V = normalize(-E);
        float cos_alpha = dot(R, V);
        specular =  step(0.0, cos_theta) *  materialSpecular * light0Color * pow(max(0.0, cos_alpha), materialShininess);
        //          ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
        //          should produce the same results as the commented branch, right?
//  }
    gl_FragColor = vec4(ambient + diffuse + specular, 1.0);
}

我也欢迎就改进此着色器在 iOS 硬件上的性能提出进一步的建议!

Answer 1

如@BradLarson 的评论所述，materialShininess 上的lowp 限定符原来是问题所在；相反，将其设置为 mediump，它可以在我手头的所有设备和操作系统版本上正确呈现(右图)，无论是分支还是无分支(使用 step) 版本的着色器被使用。

(使用 lowp 与 mediump 作为输入 R 和 V，cos_alpha 的计算结果没有任何明显的差异，这是有道理的:这些是​​归一化向量，因此它们的分量的幅度在 0.0 到 1.0 的范围内。这与颜色分量的范围相同，lowp 似乎是故意的。)