Billboarding dans le Vertex Shader (GLSL)


GLSL Hacker - Billboarding in the vertex shader

Le billboarding est une technique régulièrement utilisée en programmation graphique 3D. Le billboarding permet d’orienter un objet (en général un quad) de telle manière qu’il soit toujours en face de la caméra.

Voilà quelques exemples d’utilisation du billboarding:
particules
– rendu d’un halo autour d’un objet
– rendu d’arbres

Pour les particules, le billboarding est directement cablé dans le GPU quand on utilise les point sprites. Mais si vous avez besoin de coder le billboarding dans un vertex shader, voilà deux techniques très simples qui permettent d’obtenir un billboarding sphérique et un billboarding cylindrique.

Les deux techniques sont similaires et consistent à manipuler l’information de rotation contenue dans la matrice ModelView. Cette matrice est obtenue par la multiplication de la matrice de vue (View) de la caméra et la matrice de transformation d’un objet (Model):

mat4 ModelView = View * Model;


OpenG matrix

La matrice de rotation contenue dans ModelView est une matrice 3×3 (en pointillé vert). Les 3 colonnes de cette matrice de rotation extraites de ModelView sont les suivantes:

// Colonne 0:
ModelView[0][0]  // 0
ModelView[0][1]  // 1
ModelView[0][2]  // 2

// Colonne 1:
ModelView[1][0]  // 4
ModelView[1][1]  // 5
ModelView[1][2]  // 6

// Colonne 2:
ModelView[2][0]  // 8
ModelView[2][1]  // 9
ModelView[2][2]  // 10

Le billboarding sphérique oriente l’objet face à la camera quelque soit la position de la camera sur une sphère imaginaire. Le billboarding cylindrique quant à lui, oriente l’objet face à la camera seulement lorsque la caméra regarde à droite ou à gauche.

Pour faire du billboarding sphérique, il suffit d’annuler toutes les rotations. La matrice de rotation 3×3 est remplacée par une matrice identité:

// Colonne 0:
ModelView[0][0] = 1;
ModelView[0][1] = 0;
ModelView[0][2] = 0;

// Colonne 1:
ModelView[1][0] = 0;
ModelView[1][1] = 1;
ModelView[1][2] = 0;

// Colonne 2:
ModelView[2][0] = 0;
ModelView[2][1] = 0;
ModelView[2][2] = 1;

Le code du billboarding cylindrique est identique au billboarding sphérique, on ne touche pas à la seconde colonne de la matrice 3×3 de rotation:

// Colonne 0:
ModelView[0][0] = 1;
ModelView[0][1] = 0;
ModelView[0][2] = 0;

// Colonne 2:
ModelView[2][0] = 0;
ModelView[2][1] = 0;
ModelView[2][2] = 1;

Vertex Shader GLSL de Billboarding Cylindro-Sphérique

Voila maintenant le vertex shader GLSL complet de billboarding cylindro-sphérique (ça claque!) tel qu’il est utilisé dans les demos GLSL Hacker:

#version 150
in vec4 gxl3d_Position;
in vec4 gxl3d_TexCoord0;

// GLSL Hacker automatic uniforms:
uniform mat4 gxl3d_ModelViewProjectionMatrix;
uniform mat4 gxl3d_ModelViewMatrix;
uniform mat4 gxl3d_ProjectionMatrix;
uniform mat4 gxl3d_ViewMatrix;
uniform mat4 gxl3d_ModelMatrix;

uniform int spherical; // 1 for spherical; 0 for cylindrical

out vec4 Vertex_UV;
void main()
{
  //mat4 modelView = gxl3d_ViewMatrix*gxl3d_ModelMatrix;
  mat4 modelView = gxl3d_ModelViewMatrix;
  
  // First colunm.
  modelView[0][0] = 1.0; 
  modelView[0][1] = 0.0; 
  modelView[0][2] = 0.0; 

  if (spherical == 1)
  {
    // Second colunm.
    modelView[1][0] = 0.0; 
    modelView[1][1] = 1.0; 
    modelView[1][2] = 0.0; 
  }

  // Thrid colunm.
  modelView[2][0] = 0.0; 
  modelView[2][1] = 0.0; 
  modelView[2][2] = 1.0; 
  
  vec4 P = modelView * gxl3d_Position;
  gl_Position = gxl3d_ProjectionMatrix * P;
  
  Vertex_UV = gxl3d_TexCoord0;
}

Les demos GLSL Hacker de billboarding sont disponibles dans le répertoire host_api/GLSL_Billboarding/ du demopack.


GLSL Hacker - Billboarding in the vertex shader

Références

Fast and Easy Spherical Billboards
Cylindrical Billboards

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