Çoklu Işık Kaynakları (Multiple Lights) 💡🔦☀️
Önceki bölümlerde Phong aydınlatma modelini, malzeme özelliklerini, ışık haritalarını ve 3 temel ışık kaynağı türünü (Yönlü, Noktasal ve Spot) tek tek öğrendik.
Ancak gerçek bir video oyununda ya da görsel simülasyonda bu ışıklar asla tek başına bulunmaz!
Tipik bir sahnede: 1. Gökyüzünde tüm sahneyi aydınlatan 1 adet Güneş (Yönlü Işık), 2. Odanın dört köşesinde farklı renklerde parlayan 4 adet Meşale / Lamba (Noktasal Işık), 3. Ve oyuncunun elinde etrafı taradığı 1 adet El Feneri (Spot Işık) bulunur.
Peki GPU'nun tüm bu ışıkların yaydığı fotonları tek bir piksel üzerinde hesaplayıp birleştirmesini nasıl sağlarız?
Bu bölümde grafik programlamanın zirve noktalarından biri olan Çoklu Işık İşlem Hattını kuracağız!
Modüler Shader Mimarisi 📐
Tüm bu ışık hesaplamalarını tek bir devasa main fonksiyonunun içine yazmak kodu okunamaz bir spagettiye dönüştürür. Bunun yerine GLSL'in özel fonksiyon (custom function) desteğini kullanarak her ışık türü için ayrı bir hesaplama fonksiyonu yazarız:
#version 330 core
out vec4 FragColor;
struct DirLight {
vec3 direction;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
struct PointLight {
vec3 position;
float constant;
float linear;
float quadratic;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
struct SpotLight {
vec3 position;
vec3 direction;
float cutOff;
float outerCutOff;
float constant;
float linear;
float quadratic;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
#define NR_POINT_LIGHTS 4
in vec3 FragPos;
in vec3 Normal;
in vec2 TexCoords;
uniform vec3 viewPos;
uniform DirLight dirLight;
uniform PointLight pointLights[NR_POINT_LIGHTS];
uniform SpotLight spotLight;
uniform Material material;
// Fonksiyon prototipleri
vec3 CalcDirLight(DirLight light, vec3 normal, vec3 viewDir);
vec3 CalcPointLight(PointLight light, vec3 normal, vec3 fragPos, vec3 viewDir);
vec3 CalcSpotLight(SpotLight light, vec3 normal, vec3 fragPos, vec3 viewDir);
1. Yönlü Işık Fonksiyonu (CalcDirLight)
vec3 CalcDirLight(DirLight light, vec3 normal, vec3 viewDir)
{
vec3 lightDir = normalize(-light.direction);
// Yaygın (Diffuse)
float diff = max(dot(normal, lightDir), 0.0);
// Aynasal (Specular)
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
// Bileşenleri hesapla
vec3 ambient = light.ambient * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
vec3 diffuse = light.diffuse * diff * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
vec3 specular = light.specular * spec * vec3(texture(material.specular, TexCoords));
return (ambient + diffuse + specular);
}
2. Noktasal Işık Fonksiyonu (CalcPointLight)
vec3 CalcPointLight(PointLight light, vec3 normal, vec3 fragPos, vec3 viewDir)
{
vec3 lightDir = normalize(light.position - fragPos);
// Yaygın
float diff = max(dot(normal, lightDir), 0.0);
// Aynasal
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
// Zayıflama (Attenuation)
float distance = length(light.position - fragPos);
float attenuation = 1.0 / (light.constant + light.linear * distance +
light.quadratic * (distance * distance));
vec3 ambient = light.ambient * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
vec3 diffuse = light.diffuse * diff * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
vec3 specular = light.specular * spec * vec3(texture(material.specular, TexCoords));
ambient *= attenuation;
diffuse *= attenuation;
specular *= attenuation;
return (ambient + diffuse + specular);
}
3. Spot Işık Fonksiyonu (CalcSpotLight)
vec3 CalcSpotLight(SpotLight light, vec3 normal, vec3 fragPos, vec3 viewDir)
{
vec3 lightDir = normalize(light.position - fragPos);
// Yaygın
float diff = max(dot(normal, lightDir), 0.0);
// Aynasal
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
// Zayıflama
float distance = length(light.position - fragPos);
float attenuation = 1.0 / (light.constant + light.linear * distance + light.quadratic * (distance * distance));
// Spot yumuşak kenar (Soft edge intensity)
float theta = dot(lightDir, normalize(-light.direction));
float epsilon = light.cutOff - light.outerCutOff;
float intensity = clamp((theta - light.outerCutOff) / epsilon, 0.0, 1.0);
vec3 ambient = light.ambient * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
vec3 diffuse = light.diffuse * diff * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords));
vec3 specular = light.specular * spec * vec3(texture(material.specular, TexCoords));
ambient *= attenuation * intensity;
diffuse *= attenuation * intensity;
specular *= attenuation * intensity;
return (ambient + diffuse + specular);
}
Hepsini main İçinde Birleştirme 🚀
Artık main fonksiyonumuz bir şiir kadar sade ve güçlüdür:
void main()
{
vec3 norm = normalize(Normal);
vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);
// 1. Aşama: Yönlü Işık
vec3 result = CalcDirLight(dirLight, norm, viewDir);
// 2. Aşama: Noktasal Işıklar (4 adet)
for(int i = 0; i < NR_POINT_LIGHTS; i++)
result += CalcPointLight(pointLights[i], norm, FragPos, viewDir);
// 3. Aşama: Spot Işık (El feneri)
result += CalcSpotLight(spotLight, norm, FragPos, viewDir);
FragColor = vec4(result, 1.0);
}
Atmosfer Oluşturma: Sanatçının Gücü 🎭
Işıkların renk ve şiddetlerini değiştirerek aynı sahneyi tamamen farklı duygulara büründürebilirsiniz:
- Çöl Güneşi: Yüksek yoğunluklu sarı-turuncu yönlü ışık, az sayıda ortam ışığı.
- Gece / Ay Işığı: Koyu mavi yönlü ışık, soluk yeşil fener ışığı.
- Korku / Dehşet: Sıfır yönlü ışık, titrek kırmızı bir noktasal ışık ve oyuncunun dar açılı el feneri!
Alıştırmalar 🏋️
- Dört noktasal ışığı da farklı renklere (kırmızı, yeşil, mavi, sarı) boyayın ve küplerin üzerinde renklerin nasıl harmanlandığını gözlemleyin.
- Noktasal ışıklardan birini zamana bağlı olarak sahnenin etrafında hareket ettirin.
İşte bu! Bilgisayar grafiklerinin en temel aydınlatma mekaniklerini eksiksiz tamamladınız.
Öğrendiğimiz tüm kavramları pekiştirmek ve bu modülü taçlandırmak için Bölüm 7: "Aydınlatma Modülü Özeti" sayfasına geçelim!