(转)基本光照模型公式

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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

 

 

环境光照：

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

2.      这样建立的效果就是一个环境光照效果，可以双击pixel shader, 修改自己喜欢的颜色作为环境光

 

效果如下图：

 

 

 

 

 

漫反射光照：

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

2.      添加物体位置矩阵：右击Effect节点 选择 Add Variable->Matrix->PreDefined->matWorld

 

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

 

4.      修改stream Mapping; 添加一个法向量形式

 

5.       编写Vertex Shader:

float4x4 matViewProjection;

float4x4 matWorld;

float4   vecLightDir;



struct VS_INPUT

{

   float4 Position : POSITION0;

   float3 Norm     : NORMAL0;

};



struct VS_OUTPUT

{

   float4 Position : POSITION0;

   float3 Light    : TEXCOORD0;

   float3 Norm     : TEXCOORD1;

};



VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input )

{

   VS_OUTPUT Output;



   Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection );

   Output.Light    = normalize(vecLightDir);

   Output.Norm     = normalize(mul(Input.Norm, matWorld));



   return( Output );



}

  

 

6.       编写Pixel Shader:

 

float4 ps_main( float3 Light:TEXCOORD0, float3 Norm:TEXCOORD1) : COLOR0
{
    float4 diffuse = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
    float4 ambient = { 0.3, 0.2, 0.1, 1.0};

    return ambient + diffuse * saturate(dot(Light, Norm));
}

 

7.       编译预览效果：

 

镜面反射光照：

镜面光照在漫反射基础上，还需要添加一个视口位置；

1.      打开RenderMonkey, 添加一个渲染节点；Add Default Effect->DirectX->DirectX；

2.      添加摄像机矩阵，Add Variable->Matrix->Predefined->matView;

3.      添加光源方向 Add Variable->float->float4; 改名为vecLightDir，并设值

 

4.      添加视点位置 Add Variable->float->float4; 改名为vecEye; 并设值（0，0，-10，1）；

5.      添加纹理 Add Texture->Add 2D Texture->2D Texture; 随便选择一张纹理；

6.      右键pass0,添加一个纹理对象； Add Texture Object->my2DTexture;  并改名为baseMap;

7.      修改steam mapping 如下

 

8.       编写vertex shader;

 

float4x4 matViewProjection;
float4x4 matView;
float4   vecLightDir;
float4   vecEye;

struct VS_INPUT
{
   float4 Position : POSITION0;
   float3 Normal   : NORMAL0;
   float2 Texcoord : TEXCOORD0;
};

struct VS_OUTPUT
{
   float4 Position : POSITION0;
   float2 Texc     : TEXCOORD0;
   float3 Light    : TEXCOORD1;
   float3 Norm     : TEXCOORD2;
   float3 View     : TEXCOORD3;

};

VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input )
{
   VS_OUTPUT Output;

   Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection );
   Output.Light      = vecLightDir;

   float3 posWorld = normalize(mul(Input.Position, matView));
   Output.View = vecEye - posWorld;
   Output.Norm = mul(Input.Normal, matView);
   Output.Texc = Input.Texcoord;
   return( Output );

}

 

 

9.       编写 pixel shader;

 

sampler2D baseMap;
float4 ps_main( float2 Texc:TEXCOORD0, float3 Light:TEXCOORD1,
          float3 Norm:TEXCOORD2, float3 View:TEXCOORD3) : COLOR0
{
   float4 ambient = { 0.3686f, 0.3686f, 0.3686f, 1.0f};
   float4 diffuse = { 0.88f, 0.88f, 0.88f, 1.0f};

   float3 Normal = normalize( Norm);
   float3 LightDir = normalize( Light);
   float3 ViewDir = normalize( View);
   float4 diff = saturate( dot( Normal, LightDir));

   float3 Reflect = normalize( 2 * diff * Normal - LightDir);
   float4 specular = pow(saturate(dot(Reflect, ViewDir)), 8);

   float4 fvBaseColor      = tex2D( baseMap, Texc );
   float4 fvTotalAmbient   = ambient * fvBaseColor;
   float4 fvTotalDiffuse   = diffuse * diff * fvBaseColor;


   return fvTotalAmbient + fvTotalDiffuse + specular;

}

 

 

10.   运行结果：

 

 

 

该实例可通过Add Default Effect->DirectX->TexturedPhong 自动生成;