基本光照模型

2021-10-02 09:43:41 字數 2747 閱讀 7240

基本方法是把進入攝像機的光線分成4個部分，每個部分分別有一種分發來計算其貢獻度

自發光（emissive）：物體本身產生的光

高光反射（specular）：光線從光源照到物體表面反射到眼睛裡的光

漫反射（diffuse）：這個部分是光線從光源照到物體表面時，物體向各個方向產生的光。

環境光（ambient）：這個部分用來描述其他間接的光。我覺的可以理解成整體的乙個基礎顏色

通常用乙個顏色常量表示整體的自發光顏色，或者是取樣一張自發光貼圖再乘以乙個自發光係數

分為phong模型和blinn-phong模型，分別是左圖和右圖。計算高光反射需要知道表面法線、視角方向、光源方向、反射方向

phong模型**

float3 r = 2 * dot(normal, clightdir) * normal - clightdir;


float3 v = normalize(ccamerapos - worldpos);


float specular = pow(max(dot(v, r), 0.0), cgloss);


float3 specularcolor = clightcolor * cspecularcolor * specular;
blinn-phong模型**

float3 v = normalize(ccamerapos - worldpos);


float3 h = normalize(v + clightdir);


float specular = pow(max(dot(normal, h), 0.0), cgloss);


float3 specularcolor = clightcolor * cspecularcolor * specular;
和上面的phong模型相比，blinn模型避免了反射方向r的計算，而是引入了乙個新的向量h。相比於計算向量r計算向量h的運算更少，所以現在比較常用的是blinn-phong模型

一般做法是先取樣diffuse貼圖，然後根據是否有透貼的需求，對alpha小於某個值（例如0.5），認為是透明的，進行裁剪。然後進行光照計算

float4 diffuse = tdiffuse.sample(sdiffuse, itexcoord.xy);


#ifdef alphamask


if (diffuse .a < 0.5)


discard;


#endif


float4 diffcolor = cdiffcolor * diffuse;


float diff = max(dot(inormal, clightdir), 0.0);


float4 diffusecolor = clightcolor * diffcolor * diff;
通常用乙個顏色常量表示環境光

color = emissivecolor + specularcolor + diffusecolor + cambientcolor;
逐頂點光照模型也就是我們常說的高洛德著色（gouraud shading），而逐畫素光照模型則是phong著色（phong shading）兩者計算公式其實都是一樣的用的上面說的這套計算公式，區別就是乙個在頂點著色器裡計算，另乙個在畫素著色器裡計算。由於畫素個數遠比頂點個數多得多，所以gourand著色效能要明顯優於phong著色。但是phong效果要優於gouraud，因為如果是gouraud，頂點著色器計算完之後畫素著色器裡拿到的顏色是插值之後的顏色。試想一下乙個三角面上的乙個畫素，由3個頂點插值得出最終顏色。而phong著色在畫素著色器裡計算的，可以每個畫素根據插值下來的uv去取樣貼圖，這樣結果比較精準。

舉個例子，就好比乙個有序的整型陣列，畫素就好比陣列裡的第幾個元素。gouraud著色就好比，知道第幾個元素以及陣列長度，然後根據最大值和最小值算一下，value = min + (max - min) * index / length; 而phong著色，則是直接拿index在陣列中對應的元素，如value = nums[index];

此外，與它們平級的還有乙個逐多邊形著色（flat shading），對整個三角形只計算一次光照值。通常計算光照的位置為三角形中心，表面法向量為三角形法向量。使用flat著色，物體由多邊形構成的本質表露無遺，沒有任何光澤可言，所以也基本沒人用。

toon著色(也叫celshading，**著色)是一種非相片感的著色技術，常常被用來模擬手繪風格。它的乙個特點就是顏色層次比較明顯。

做法就是將計算diffuse用到的余弦值(dot(normal,lightdir)，等價於normal和lightdir夾角的余弦值)，對映到幾個固定值。例如值為[0,0.25)的對映成0，[0.25,0.5)對映成0.25，[0.5,0.75)對映成0.5，[0.75,1.0)對映成0.75。這樣的話，光照結果就會出現一層層的感覺。

通過下面公式進行對映

cosine = floor( cosine * 4) * 0.25;

基本光照模型簡單實現

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8 光照模型 蘭伯特光照模型

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