RenderMonkey 练习 第二天 【opengl 光照模型】

光照模型

3D渲染中， 物体表面的光照计算公式为：

I = 环境光(I_ambient) + 漫反射光(I_diffuse) + 镜面高光(I_specular);

其中，环境光(ambient)计算公式为：

I_ambient = A_intensity * A_color ;             (A_intensity表示环境光强度，A_color表示环境光颜色)

漫反射光(diffuse)计算公式为：

I_diffuse = D_intensity*D_color*N.L ;                   (D_intensity表示漫反射强度，D_color表示漫反射光颜色，N为该点的法向量，L为光源向量)

镜面光照(specular)计算公式为：

I_specular = S_intensity*S_color*(R.V)ⁿ ;         (S_intensity表示镜面光照强度，S_color表示镜面光颜色，R为光的反射向量，V为观察者向量)

综上所得：整个光照公式为：

I = A_intensity * A_color +D_intensity*D_color*N.L + S_intensity*S_color*(R.V)ⁿ ;

将一些值合并，并使用白色作为光照颜色，则上述公式可简化为：

I = A + D*N.L + (R.V)ⁿ

漫反射光照：

1. 打开RenderMonkey, 右击WorkSpace的Effect WorkSpace结点，选择Add Default Effect->OpenGL->OpenGL;

2. 添加光源向量: 右击Effect节点选择Add Variable->float->float4;  修改名称为vecLightPosition, 双击设置其值

4. 编写Vertex Shader:

uniform vec4 vecLightPosition;

varying vec3 lightdir;
varying vec3 normal;

void main(void)
{
   gl_Position = ftransform();  
   normal = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal);
   vec4 fvObjectPosition = gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex;
   lightdir = normalize(vecLightPosition.xyz - fvObjectPosition.xyz);  
}

5.    编写Pixel Shader:

varying vec3 lightdir;
varying vec3 normal;

void main(void)
{
   vec4 diffuse = vec4(0.8,0.8,0.8,1.0);  
   vec4 ambient = vec4(0.3,0.2,0.1,1.0); 
   
   vec3 lightDirection = normalize(lightdir);
   float fNDotL = dot(normal,lightDirection);  
 
   gl_FragColor = ambient + fNDotL * diffuse ;
}

6. 预览效果

镜面反射光照：

1. 添加光源位置 vecLightPosition

2. 添加相机位置 vecEye

3. 顶点shader

uniform vec4 vecLightPosition;
uniform vec4 vecEye;

varying vec3 lightdir;
varying vec3 normal;
varying vec3 viewdir;

void main(void)
{
   gl_Position = ftransform();  
   normal = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal);
   vec4 fvObjectPosition = gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex;
   lightdir = normalize(vecLightPosition.xyz - fvObjectPosition.xyz);   
   viewdir = normalize(vecEye.xyz - fvObjectPosition.xyz);
}

4. 片元shader

varying vec3 lightdir;
varying vec3 normal;
varying vec3 viewdir;

void main(void)
{
   vec4 diffuse = vec4(0.8,0.8,0.8,1.0);  
   vec4 ambient = vec4(0.3,0.2,0.1,1.0);   
   vec4 specular = vec4(0.0,0.0,0.0,1.0);
   
   vec3 lightDirection = normalize(lightdir);
   vec3 viewDirection = normalize(viewdir);
   float fNDotL = dot(normal,lightDirection);
   
   vec3 Reflection = normalize(2 * fNDotL * normal - lightDirection);
   
   float fRDotV = dot(Reflection,viewDirection);

/* compute the specular term if NdotL is  larger than zero */
   if (fRDotV > 0.0)
   {
      specular = vec4(0.49,0.48,0.49,1.0) * pow(fRDotV,8.0);
   }
   gl_FragColor = ambient + fNDotL * diffuse + specular;
}

5. 效果图