光照模型:Phong模型

Phong模型

1) 向量定义(对应图中几何关系)

  • P:表面上一点(当前像素/片元的位置)
  • N:该点的单位法线(图中虚线方向),N = normalize(N)
  • L:光照方向(从点 P 指向光源 LightPos
    L = normalize(LightPos - P)
  • V:视线方向(从点 P 指向相机/眼睛 ViewPos,图中右上)
    V = normalize(ViewPos - P)
  • R:反射方向(镜面反射方向,用于高光)
    R = reflect(-L, N)
    说明:reflect(I, N)I 是"入射方向",这里入射光是从光源打到表面点,方向可写成 -L

2) Phong 三项:环境光 + 漫反射 + 镜面反射

Phong 模型把最终颜色/亮度写成: I = I_ambient + I_diffuse + I_specular

(1) 环境光 Ambient(不考虑方向,给整体一个底色)

  • I_ambient = Ka * Ia
  • Ka:材质环境系数(可用颜色 vec3
  • Ia:环境光强/环境光颜色(全局常量或场景参数)

(2) 漫反射 Diffuse(Lambert),取决于入射角(图中箭头与法线夹角)

  • 夹角余弦:NdotL = max(dot(N, L), 0)
  • I_diffuse = Kd * Il * NdotL
  • Kd:材质漫反射系数/底色
  • Il:光源颜色/强度

(3) 镜面反射 Specular(Phong 高光),取决于观察方向与反射方向的接近程度

  • RdotV = max(dot(R, V), 0)
  • I_specular = Ks * Il * (RdotV ^ shininess)
  • Ks:材质镜面系数(高光颜色/强度)
  • shininess:高光指数(越大高光越小越"硬")

常见细节:当 dot(N, L) <= 0 时,镜面项通常也置 0(背光面不产生高光):

  • if (NdotL <= 0) spec = 0

3) 点光源距离衰减(图里像是点光源,更真实)

若光源是点光源,强度随距离减弱:

  • d = length(LightPos - P)
  • atten = 1 / (kc + kl*d + kq*d*d)
  • I_diffuseI_specular 乘上 atten

4) 最终合成(按颜色通道 vec3 计算)

  • Color = Ka*Ia + atten * (Kd*Il*NdotL + Ks*Il*pow(RdotV, shininess))
  • 最后可 clamp(Color, 0, 1) 或做 HDR/色调映射(看你的渲染管线)
cpp 复制代码
#version 330 core
in vec3 vFragPos;
in vec3 vNormal;
out vec4 FragColor;

uniform vec3 uViewPos;
uniform vec3 uLightPos;
uniform vec3 uLightColor;
uniform vec3 uObjectColor;
uniform float uShininess; // 如 32.0

void main() {
    vec3 N = normalize(vNormal);
    vec3 L = normalize(uLightPos - vFragPos);
    vec3 V = normalize(uViewPos - vFragPos);
    vec3 R = reflect(-L, N);

    float diff = max(dot(N, L), 0.0);
    float spec = pow(max(dot(R, V), 0.0), uShininess);

    vec3 ambient  = 0.1 * uLightColor;
    vec3 diffuse  = diff * uLightColor;
    vec3 specular = 0.3 * spec * uLightColor;

    vec3 color = (ambient + diffuse + specular) * uObjectColor;
    FragColor = vec4(color, 1.0);
}

Blinn-Phong模型

在phong模型的基础上,改变高光的计算,不使用反射向量,取而代之的是半程向量HH = normalize(L + V)

几何意义:HLV 的角平分方向。当 N 越接近 H,越容易出现高光。

  • 镜面反射(替换为 Half Vector):
    I_specular = Ks * Il * (max(dot(N, H), 0) ^ shininess)

其他项计算和phong模型的计算一致。

cpp 复制代码
#version 330 core
in vec3 vFragPos;
in vec3 vNormal;
out vec4 FragColor;

uniform vec3 uViewPos;
uniform vec3 uLightPos;
uniform vec3 uLightColor;
uniform vec3 uObjectColor;
uniform float uShininess; // 如 32.0

void main() {
    vec3 N = normalize(vNormal);
    vec3 L = normalize(uLightPos - vFragPos);
    vec3 V = normalize(uViewPos - vFragPos);
    vec3 H = normalize(L + V);

    float diff = max(dot(N, L), 0.0);
    float spec = pow(max(dot(N, H), 0.0), uShininess);

    vec3 ambient  = 0.1 * uLightColor;
    vec3 diffuse  = diff * uLightColor;
    vec3 specular = 0.3 * spec * uLightColor;

    vec3 color = (ambient + diffuse + specular) * uObjectColor;
    FragColor = vec4(color, 1.0);
}


相关推荐
blasit2 天前
笔记:Qt C++建立子线程做一个socket TCP常连接通信
c++·qt·tcp/ip
肆忆_3 天前
# 用 5 个问题学懂 C++ 虚函数(入门级)
c++
不想写代码的星星3 天前
虚函数表:C++ 多态背后的那个男人
c++
端平入洛5 天前
delete又未完全delete
c++
端平入洛6 天前
auto有时不auto
c++
哇哈哈20217 天前
信号量和信号
linux·c++
多恩Stone7 天前
【C++入门扫盲1】C++ 与 Python:类型、编译器/解释器与 CPU 的关系
开发语言·c++·人工智能·python·算法·3d·aigc
蜡笔小马7 天前
21.Boost.Geometry disjoint、distance、envelope、equals、expand和for_each算法接口详解
c++·算法·boost
超级大福宝7 天前
N皇后问题:经典回溯算法的一些分析
数据结构·c++·算法·leetcode
weiabc7 天前
printf(“%lf“, ys) 和 cout << ys 输出的浮点数格式存在细微差异
数据结构·c++·算法