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) 里 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)
把 I_diffuse、I_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H：H = normalize(L + V)

几何意义：H 是 L 和 V 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);
}